JP4683516B2

JP4683516B2 - デジタルカメラを用いた構造物の亀裂変位計測方法

Info

Publication number: JP4683516B2
Application number: JP2001146603A
Authority: JP
Inventors: 正人村上; 伸好黒澤
Original assignee: Nippon Koei Co Ltd
Current assignee: Nippon Koei Co Ltd
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: JP2002340529A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物に発生する亀裂の進行の初期発見を検出する方法及び装置に関するもので、さらに詳しくは、ビル、橋梁などの建造物の亀裂、トンネル、道路などの土木構造物の亀裂、崩落しそうな岩石、危険な斜面などの地山の亀裂などを簡単な手段により確実に検出するようにした亀裂検出方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物１１の亀裂を有する計測対象位置１２を測定するためには、図５ないし図８に示すような種々の方法が行われていた。
図５は、計測対象位置１２の生じた被測定物１１に近づいてノギス１３を直接計測対象位置１２に当てて計測対象位置１２の幅ｄを測定し、変化を検出する方法である。
【０００３】
図６は、計測対象位置１２の両側の被測定物１１に所定間隔で２本の釘１４を打ち込んでおき、定期的にこれら２本の釘１の間隔を測定することにより、計測対象位置１２の変化を観察する方法である。
図７は、計測対象位置１２の両側の被測定物１１に所定間隔で２本のアンカーボルト１５を打ち込み、これらのアンカーボルト１５にそれぞれ目印１７のついた細幅板１６を取付け、この２枚の細幅板１６を略接しながら互いに移動するように設けたもので、図６と同様に、定期的にこれら２枚の細幅板１６に設けられた目印１７の間隔から計測対象位置の幅ｄを測定し、変化を検出する方法である。
【０００４】
図８は、３次元タイプの亀裂測定装置で、計測対象位置１２を挟んだ一方側の被測定物１１には、Ｘ、Ｙ目盛板１８とＺ目盛板２４が接着などにより取り付けられる。このとき、Ｘ、Ｙ目盛板１８のＸ方向目盛１９とＹ方向目盛板２０、Ｚ目盛板２４のＺ方向目盛２５は、それぞれ３次元座標のＸ、Ｙ、Ｚの各軸に合わせられる。また、計測対象位置１２を挟んだ他方側の被測定物１１には、透明板２１と基線板２６が接着などにより取り付けられる。このとき、透明板２１のＹ方向基線２２とＸ方向基線２３は、それぞれ前記Ｘ方向目盛１９とＹ方向目盛板２０に向かい合っており、また、基線板２６のＺ方向基線２７は、前記Ｚ方向目盛２５に向かい合っている。
そして、Ｙ方向基線２２とＸ方向目盛１９とのずれによりＸ軸方向の変化を検出し、Ｘ方向基線２３とＹ方向目盛板２０とのずれによりＹ軸方向の変化を検出し、Ｚ方向基線２７とＺ方向目盛２５とのずれによりＺ軸方向の変化を検出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す方法は、計測対象位置の幅ｄをノギス１３で直接測定し、変化を検出する方法であるから、正確であるが、被測定物１１に接近できないような危険個所では測定することができない。
【０００６】
図６、図７に示す方法は、物差しやノギス１３などによる直接的な測定のみならず、望遠鏡、双眼鏡、写真などによる間接的な測定もできるので、被測定物１１に接近できない場合に利用される。
しかし、釘１４、アンカーボルト１５、細幅板１６などの設置方法が不安定であるとともに、望遠鏡、双眼鏡、写真などによる間接的な測定では、読取り方法が不安定であり、誤差も大きいという問題を有する。
【０００７】
図８に示す簡易型の３次元タイプの方法は、Ｘ、Ｙ目盛板１８、透明板２１、Ｚ目盛板２４、基線板２６をコンクリートなどの被測定物１１に直接接着するタイプなので、接着しにくかったり、剥がれたりして使いにくく、また、透明板２１とＸ、Ｙ目盛板１８とのずれが読み取りにくく、しかも、写真撮影による間接測定の場合には、Ｘ方向目盛１９、Ｙ方向目盛板２０、Ｚ方向目盛２５とＹ方向基線２２、Ｘ方向基線２３、Ｚ方向基線２７の関係が鮮明に写らないなど、Ｘ、Ｙ、Ｚの正確な測定値が得られない、などの問題を有する。
【０００８】
本発明は、亀裂のわずかな進行を簡単な手段により確実に検出できる方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、亀裂などの計測対象位置を挟むように配置して固定した２個以上の計測用パネルをデジタルカメラで撮影し、撮影された画像データの画素を処理装置により計数することにより前記計測用パネルの位置関係データを取得し、時間経過とともに複数の位置関係データを取得し、これらの位置関係データを蓄積し、蓄積された位置関係データに基づいて亀裂の変位を計測するようにしたものである。
【００１０】
デジタルカメラには、光学レンズの特性に起因する歪みが存在する。そのため、初期化用パネルをデジタルカメラで撮影し、この初期化用パネルの画像データに基づいてデジタルカメラの光学レンズの特性に起因する画像データの歪みを補正する。また、撮影角度の傾きによっても撮影された画像データに歪みが生ずる。そのため、撮影された計測用パネルの画像データに基づいて補正を行い、補正した画像データに基づいて画素を計数する。
これらの光学レンズの特性に起因する歪みや撮影角度の傾きに起因する歪みを補正するための基準として、初期化用パネルおよび計測パネルには縦横の複数の枠線で包囲された正方形のグリッドを表示する。
【００１１】
画像データから画素を計数するためには、ビットマップ形式の画像データが適している。したがって、処理装置による画像データの画素の計数は、ビットマップ形式の画像データを利用する。しかし、昨今のデジタルカメラの画像データ出力は、ＪＰＥＧ形式が主流である。したがって、デジタルカメラから出力されるＪＰＥＧ形式を含む他の形式の画像データは、処理装置によりビットマップ形式の画像データに変換して利用する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１ないし図４に基づき説明する。
本発明の変位量計測方法では、図１に示す２枚の計測用パネル１、第３図に示す初期化用パネル４、デジタルカメラ７(図示せず)およびパーソナルコンピュータなどの処理装置８（図示せず）を用意する。
【００１３】
計測用パネル１は、図２に示すように、１辺が５０ｍｍの正方形中に縦横それぞれ１０ｍｍ間隔で１０ｍｍ角のグリッド２が枠線３により描かれており、野外で使用されることが多いため、例えば、陶器、磁器、琺瑯、金属など、野外環境（日常的な温度変化や風雨、日照など）によって破壊や変形、伸縮を起こし難い材質で形成される。陶器、磁器、琺瑯の場合は、素地の色が白色またはそれに近い薄い色のものが利用され、金属パネルで色の濃いの場合は白色などに着色される。
枠線３は、黒またはそれに近い濃い色により、野外環境によって退色や剥離を起こし難い方法で描かれており、陶器、磁器、琺瑯の場合は、焼成の前に描かれて焼き込まれる。
【００１４】
初期化用パネル４は、図２に示すように、１辺が５０ｍｍの正方形中に縦横それぞれ１０ｍｍ間隔で１０ｍｍ角のグリッド２が枠線３により描かれている。材質については特に制限はないが、温度変化による伸縮の影響を補償するために、前記計測用パネル１と同じ材質で形成されるのが好ましい。
デジタルカメラ７は、概ね２００万画素以上のＣＣＤを搭載した汎用（市販）のものを利用し、処理装置８についても、汎用(市販)の製品を利用するので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００１５】
つぎに、計測画像の撮影について説明する。
まず、上述の２枚の計測用パネル１を、図１に示すように、亀裂の変化や発生を監視する計測対象位置１２を挟むように配置して固定する。固定は、通常は接着剤を利用するが、計測対象位置に影響を与えない方法であって、現場の環境に耐え得る方法であれば、コンクリート用の釘や螺子など、どのような方法でも良い。なお、２枚の計測用パネル１同士の間隔は、亀裂の現状の幅など、現場の状況によって適当に設定されるが、本実施例では、初期には２ｍｍの間隔がをもって固定したものとして以下の説明をする。
【００１６】
つぎに、上述の初期化用パネル４を撮影して基準画像を得る。上述の初期化用パネル４を、前述の計測用パネル１とできるだけ同じ条件のもとで、デジタルカメラ７で撮影する。この基準画像の撮影は、デジタルカメラ７のレンズなどが有する固有の画像の歪みや、現場によって異なる条件を校正するための作業であるので、計測用パネル１を設置した計測対象位置１２の撮影の前に行っても良いし後で行っても良い。
【００１７】
つぎに、計測対象位置１２に固定した計測用パネル１を撮影してデータ画像を得る。計測対象位置１２に固定した計測用パネル１を、デジタルカメラ７で撮影する。このとき、計測用パネル１がデジタルカメラ７のフレームからはみ出さない範囲で、できるだけ一杯になるように撮影するが、ピントさえ合っていれば多少のズレや傾きは問題とならない。フレーム一杯に撮影するための手段は、例えば、マクロ機能やズーム機能などを利用することができるが、他の如何なる手段を用いても良い。
【００１８】
つぎに、撮影した基準画像および計測画像のデータを、パーソナルコンピュータなどの処理装置８に転送して処理を行う。
画像データの転送はＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）やＳＣＳＩ（ＳｍａｌｌＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍＩｎｔｅｒｆａｃｅ）を利用してデジタルカメラ７と処理装置８を有線接続して転送するようにしても良いし、赤外線通信などの無線通信でも良い。また、メモリカードを介して行っても良いし、他の如何なる方法であっても良い。
【００１９】
つぎに、処理装置８に転送された画像データの処理について説明する。
本願の発明では、画像データのドットの数を数えることにより、画像中の距離や間隔を取得する。しかし、現在市販されているほとんどの汎用のデジタルカメラ７から出力される画像データの形式は、一般にＪＰＥＧ(ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＣｏｄｉｎｇＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ)形式が用いられており、高解像度のデータを圧縮して出力している。このＪＰＥＧ形式の画像データからはドットの数を直接数えることができないので、それが可能なＢＭＰ（ＢｉｔＭａＰ）形式へ変換し、さらに「０」「１」(白黒)のデータに２値化する。
ただし、撮影した画像データを、解像度を下げずにＢＭＰ形式で出力することができるデジタルカメラ７を用いた場合には、ＪＰＥＧ形式からＢＭＰ形式への変換は必要なく、さらに、白黒のＢＭＰ形式の画像データを出力できる場合は、２値化の処理も必要ない。
【００２０】
つぎに、ＢＭＰ形式に変換された基準画像のデータに基づいてキャリブレーションの処理を行う。デジタルカメラ７で撮影された画像は、光学レンズの特性(歪み)により歪んだ画像になっている。一般には、図３(ａ)に示すように４隅に向かって歪んだ画像になっている。
この画像の歪みを、図３(ｂ)に示すように補正し、グリッド２毎にその補正係数が算出される。
【００２１】
つぎに、前記キャリブレーションの結果に基づいて光学レンズの歪みに起因する計測画像の補正を行い、さらに補正された計測画像の撮影角度の傾きを補正する。撮影角度が傾いている場合、光学レンズの歪みを補正された計測画像は、図４(ａ)に示すように、一方の端部より他方の端部の方が狭く撮影されている。計測用パネル１のグリッド２の大きさは、規定値(この実施例では、１０ｍｍ角の正方形)であるので、図４(ｂ)に示すように、これらのグリッド２の大きさを等しい正方形になるように計測画像全体を補正する。
【００２２】
つぎに、全ての補正を行った計測画像から、２枚の計測用パネル１の位置関係Ｘを得る。２枚の計測用パネル１の位置関係は、所定の枠線３間の画素数を計数することにより得る。計測画像が図４(ｂ)に示すものとすると、一点鎖線で示すライン上の画像データは、枠線３に相当する「１１１１… …１１」とグリッド２内の「００００００… …００００」がグリッド２の数に相当する回数だけ繰り返されている。連続する「１」及び「０」の個数は、デジタルカメラ７の解像度(画素数)とフレームに対してどれくらいの大きさで撮影されているかによって相違する。３３４万画素のデジタルカメラで、図４に示す程度の大きさで撮影されている場合は、１ｍｍ幅内に約１８画素となり、例えば、枠線３の太さが０．５ｍｍとすると「１」は約９個が連続して現れ、「０」は約１７１個が連続して現れる。
【００２３】
左右の計測用パネル１のそれぞれ外側から３番目の縦の枠線３を横方向の位置関係を得るための枠線３とすると、画像データの左側から３回目に現れる「１」が約９個連続する位置から画素の係数を開始し、７回目に現れる「１」が約９個連続する位置まで計数する。
また、縦方向の位置関係を得るために同様にして係数を行うが、いずれか一方の計測用パネル１の画像の横方向の枠線３を延長して間隔を計数する。
【００２４】
計数された画素数は、外部記憶装置などに記憶される。このとき、計測用パネル１に貼付されたバーコード９を解析して撮影現場を表すデータを取得し、日付や時間とともに所定のデータベースなどに蓄積される。この計測結果が初回の場合はその現場の初期値として記憶し、すでにその現場の過去のデータが存在する場合は計測履歴として蓄積される。蓄積されたデータは、必要に応じて表示される。
【００２５】
以上の実施例では、デジタルカメラ７の画素数を３３４万画素とした場合、前述したように１ｍｍに約１８画素であるので、１ｍｍ／１８≒０．０６ｍｍが最小目盛となり、計測精度は±０．０３ｍｍとなる。
逆に０．１ｍｍ（±０．０５ｍｍ）以上の計測精度を持たせる場合、デジタルカメラ７のフレームの横方向の画素数ｐは、ｋ：精度係数、ｘ：撮影される画像の最大幅として、
ｐ＝ｋ×ｘ／０．１
で表される。係数精度ｋは、１以下では目標の計測精度は得られないので１．２とし、最大幅ｘは２枚の計測用パネル１の最大幅＋間隔＋αとして１１０ｍｍとすると、
ｐ＝１．２×１１０ｍｍ／０．１ｍｍ＝１３２０
となる。この横方向の画素数は、２００万画素以上のＣＣＤを搭載したデジタルカメラ７でその要件を満たすことになる。
【００２６】
以上の実施例では、光学レンズの歪みや撮影角度などによる計測画像の歪みを補正してから、画素を計数して２枚の計測用パネル１の位置関係を得るようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、各歪みの補正係数を算出し、歪みを有する計測画像から画素を計数して２枚の計測用パネル１の位置関係を得てから前記補正係数により係数値を補正するようにしても良い。
【００２７】
以上の実施例では特に説明しなかったが、計測用パネル１の汚れなどによるノイズによって現れる「１」を除外するために、所定の位置近辺以外で現れる連続した「１」の列を「０」とみなしたり、位置の相違するライン上で複数の計数結果を取得し、平均値から飛び抜けて相違するデータを除外することもできる。
【００２８】
以上の実施例では、特に説明しなかったが、画素の計数は、ＶＲＡＭ（ビデオＲＡＭ）上に記憶された画像データに基づいて行っても良いし、対象となる部分の画像データだけを作業用のＲＡＭに逐次読み出し、その画像データに基づいて行っても良い。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、デジタルカメラ７で計測用パネル１を撮影し、処理装置にデータを転送して処理を行うようにしたので、亀裂の計測を極めて簡便かつ速やかに行うことができる。また、計測機器の読み取りの個人差による誤差がなく、微小な亀裂の変位を検出することができる。従来の方法によれば０．２〜０．３ｍｍの精度であったものが、汎用（市販）の製品を利用したとしても、０．１ｍｍより小さい値の精度で計測が可能である。
さらに、それほどの精度が必要ない場合には、必要精度に応じて画素数の少ない安価なデジタルカメラを利用することができ、費用を押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による亀裂変位計測方法の一実施例を示す図である。
【図２】本発明に用いられる初期化パネルを示す正面図である。
【図３】デジタルカメラの光学レンズの特性に起因する歪みを説明する図で、（ａ）は歪みを有する画像、（ｂ）は歪みを補正した画像である。
【図４】撮影角度の傾きに起因する歪みを説明する図で（ａ）は歪みを有する画像、（ｂ）は歪みを補正した画像である。
【図５】ノギス１３を用いた従来の測定方法の説明図である。
【図６】釘１４を用いた従来の測定方法の説明図である。
【図７】アンカーボルト１５と細幅板１６を用いた従来の測定方法の説明図である。
【図８】従来の３次元測定方法の説明図である。
【符号の説明】
１…計測用パネル、２…グリッド、３…枠線、４…初期化用パネル、７…デジタルカメラ、９…バーコード、１２…計測対象位置。

Claims

亀裂などの計測対象位置を挟むように配置して固定した２個以上の計測用パネルをデジタルカメラで撮影し、撮影された画像データの画素を処理装置により計数することにより前記計測用パネルの位置関係データを取得し、時間経過とともに複数の位置関係データを取得し、これらの位置関係データを蓄積し、蓄積された位置関係データに基づいて亀裂の変位を計測するデジタルカメラを用いた構造物の亀裂変位計測方法であって、
初期化用パネルをデジタルカメラで撮影し、この初期化用パネルの画像データに基づいてデジタルカメラの光学レンズの特性に起因する画像データの歪みを処理装置により補正し、撮影角度の傾きに起因する画像データの歪みを処理装置により補正し、これらの補正をした画像データに基づいて画素を計数し、
初期化用パネルおよび計測パネルには縦横の複数の枠線で包囲された正方形のグリッドを表示してなることを特徴とするデジタルカメラを用いた構造物の亀裂変位計測方法。
処理装置による画像データの画素の計数は、ビットマップ形式の画像データを利用することを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラを用いた構造物の亀裂変位計測方法。
デジタルカメラから出力される他の形式の画像データを、処理装置によりビットマップ形式の画像データに変換して利用することを特徴とする請求項２記載のデジタルカメラを用いた構造物の亀裂変位計測方法。