JP4898500B2 - 管内面診断方法及び管内面診断装置 - Google Patents
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Description
カメラ2は、その撮影光軸Lを管軸方向へ向けた状態に保持され、その撮影光軸L上前方に設けたミラー4を回動させることにより、配管内周面の周方向任意の位置、又は周方向全周の観察画像を取得する。ミラー4を配置したことにより、配管Pの内周面における周方向任意の位置に対し、常に径方向内側(配管Pの径方向にほぼ対面する方向)からの観察画像取得が可能となる。
しかし、水道管等の配管の老朽度の診断において、管路の更新時期を見積もるためには、前記特徴部Kが、配管Pの内周面全体にどの程度占めているかを客観的に把握する必要がある。
このため、配管Pの内周面における周方向任意の位置に対し、図31(a)(b)(c)に示すように、常に径方向内側(配管Pの径方向にほぼ対面する方向)から観察画像が取得できる前述の複雑な撮像手段2が必要となる。これは、撮像手段2が特徴部Kに対して径方向に対面していれば、画像の歪みが最小限に抑えられ、前記観察画像上の面積と実面積との比率が、観察画像内全域において一定に近くなるからである。
このため、複雑な構造を有する撮像手段や煩雑な作業を必要とすることなく、配管の内周面に生じた変色、錆、傷又は塗装剥離の発生状況を客観的に把握できる。
また、その特徴部を自動的に抽出した後、自動的に抽出されなかった特徴部を、前記観察画像の目視に基づく判断により追加的に抽出、及び、自動的に抽出された特徴部を、前記観察画像の目視に基づく判断により除外する構成を採用し得る。
このため、その特徴部を自動的に抽出した後、自動的に抽出されなかった特徴部を、前記観察画像の目視に基づく判断により追加的に抽出する構成、及び、自動的に抽出された特徴部を、前記観察画像の目視に基づく判断により除外する構成を採用すれば、特徴部の抽出がより確実である。
このため、前記抽出領域を微小領域Tmに区分し、各微小領域Tm毎の各投影線a’,b’,c’,d’の中心点Oからの距離m、及び各微小領域Tmの占める前記中心点O周りの中心角αにより、各微小領域Tmの集合としての前記抽出領域の実面積が算定できる。
さらに、図28(a)(b)に示すように、撮像手段2が管底からやや側方にずれた位置にあれば、各仮想線a,b,c,dに対応する各投影円a’,b’,c’,d’は、図28(c)に示すように、上下方向及び左右方向に偏心した状態に投影される。
すなわち、配管内に配置した撮像手段で取得した観察画像によって、前記配管の内周面に生じた変色、錆、傷又は塗装剥離の発生状況を判断する管内面診断装置において、前記配管の内周面に、周方向に沿って管軸直交方向に延びる環状の仮想線を複数箇所設定し、前記仮想線間に挟まれた内周面全周又は一部を検査領域とし、前記撮像手段は、前記検査領域の前記観察画像をその検査領域の管軸方向外方から取得してその観察画像上には複数の環状の投影線が設定されてその各投影線が前記各仮想線に相当するとともに、その投影線間で前記変色、錆、傷又は塗装剥離が発生している特徴部を抽出し、前記観察画像上における前記特徴部及び前記検査領域の各投影面積を基に前記検査領域内に占める前記特徴部の面積比率を算出し、前記特徴部の面積比率と予め設定されている閾値とを比較することにより配管の老朽度を判断することを特徴とする管内面診断装置の構成である。
また、前記観察画像上で自動的に抽出されなかった特徴部を、前記観察画像の目視に基づく判断により追加的に抽出、及び、自動的に抽出された特徴部を、前記観察画像の目視に基づく判断により除外する機能を備えた構成とすることもできる。
なお、この実施例は、水道管として供用中のモルタルライニング管の内周面に施されている塗装膜の剥離状態について診断するものであるが、前記検査領域Wは、予め診断の対象として実空間の特定の箇所をピックアップしておいて(後述の実空間の仮想線a,b,c,d・・・を実空間で設定しておいて)、その位置に合わせて、画面上において後述の投影円a’,b’,c’,d’・・・を設定するようにしてもよいが、この実施例では、管内の画像を見ながらその画像上において投影円a’,b’,c’,d’・・・を設定し、その投影円a’,b’,c’,d’・・・に対応する実空間の仮想線a,b,c,d・・・によって、事後的に前記検査領域Wを設定している。
管内面検査装置の構成は、図24に示すように、カメラ2に通じるケーブル5が配管Pの外に引き出されており、そのカメラ2の配管P内での管軸方向位置を把握する位置検出手段11、カメラ2の撮影光軸Lの向きを調整する撮影光軸調整手段12、カメラ2に付属する図示しない照明装置を制御する照明制御手段13等を有する制御装置10が備えられている。
カメラ2で取得されたリアルタイムの映像は、静止画として前記解析装置20内に取り込まれ、画像処理手段24の機能によって必要に応じて適宜の画像処理が施されて、診断用の観察画像となる。前記静止画及び観察画像は、位置検出手段11によって得られた位置情報とともに記憶手段23に記憶される。
その観察画像上において、特徴部抽出手段25は、配管Pの内周面に生じた変色、錆、傷、塗装剥離などの特徴部Kを抽出していく。
なお、3つの項目のうち任意の項目について設定値を設定することができる。3つの項目の中から選択される単一の項目について設定値を設定し、他の項目については判断基準として採用しない構成としてもよいし、3つの項目の中から選択される二つの項目について設定値を設定し、他の項目については判断基準として採用しない構成としてもよい。また、三つの全ての項目について設定値を設定してもよい。
その設定値としては、例えば、各項目に対してそれぞれ上限値又は下限値のみを設定してもよいし、上限値と下限値の両方を設定してもよい。すなわち、例えば、上限値のみを設定した項目に対しては、その上限値に満たない部分を、その項目に関する限り前記剥離状態となっている可能性のある箇所と判定する。下限値のみを設定した項目に対しては、その下限値以上の部分を、その項目に関する限り前記剥離状態になっている可能性のある箇所と判定する。また、上限値と下限値の両方を設定した項目に対してはその上限値と下限値との間にある部分を、その項目に関する限り前記剥離状態になっている可能性のある箇所と判断するようにしてもよい。
なお、二本の投影線は、モニタ装置27を見ながらマウスのドラッグ操作により、画面上で移動可能である。
図14は、前記設定値の範囲内の部分が剥離箇所として自動的に抽出された状態を示す。二本の円形の投影線に挟まれた領域において、不規則な線で囲まれた部分が剥離の生じている特徴部Kである。手動操作により、その特徴部Kを適宜の色で塗りつぶすことも可能である。
これらの面積をもとに、特徴部Kの検査領域Wに占める面積比率Jを算出する(工程43参照)。
観察画像上において抽出された特徴部Kが、検査領域W内に占める面積比率を算出するに際し、大まかな流れは以下の通りである。
(1) 配管Pの内周面の単位面積が、観察画像上でどのくらいの大きさになるか。その比率を配管P内に設定した検査領域W内の各位置で求める。この関係が求まれば、観察画像上の各点に対応する配管Pの内周面の実面積は、その逆数に比例する。
(2) 対称エリアとなる検査領域Wの全点に対する実面積総和と、抽出領域の全点に対する実面積総和とを求め、比を算出する。
方眼チャートを丸めて管状にし、図1に示すように、診断の対象となる配管P内に貼り付けた状態を想定する。方眼チャートの格子状のラインは、管軸方向及び管軸直角方向に等間隔で並列する。
これらの各扇型エリアE1,E2,E3,E4・・・は、実際の配管Pの内周面では同じ面積に相当する。これらの各扇形エリアE1,E2,E3,E4・・・の観察画像上における面積を求める。
前記各扇型エリアE1,E2,E3,E4・・・のうち、例えば、一つの扇形のエリアE1内において、前記消失点Qからの距離mとその位置における微小領域Tmの面積との関係を求める(図3参照)。
また、その消失点Qは、同じく図4に示すように、二つの投影円a’,d’の各円周上における、それぞれの中心Oa,Odから前記直線U1に対して等しい仰角βにある点Fa,Fd同士を結んだ直線U2上にある。
[数1]
V=Rc・Ri/(Ro−Ri)
で求められる。
ここで、Roは外側に位置する投影円aの半径、Riは内側に位置する投影円d’の半径、Rcは中心Oa,Od間の距離を示す。
[数2]
S1=(1/2)・Ro・(Ro+Wa・cosθ)・dθ
で算出できる。
ただし、θは頂点FθにおけるX軸プラス側からの仰角、θ+dθは頂点Fθ’におけるX軸プラス側からの仰角である。また、Wa=V+Rcである。
[数3]
S∝Ro・(Ro+Wa・cosθ)
ここで、図中に符号で示すT1は、外円(前記外側に位置する投影円a’)に相当する管軸直交方向の仮想線(仮想線a)とカメラ2との管軸方向距離、T2は、内円(前記内側に位置する投影円d’)に相当する管軸直交方向の仮想線(仮想線d)とカメラ2との管軸方向距離、tは、前記微小領域Tmにかかるカメラ2との管軸方向距離を示す。
[数4]
m=(n/t)・T1
となる。
[数5]
e2/dt=−f’(t)=n・T1/t2
[数6]
e2/dt=m2/(n・T1)
となる。dtは、配管P内の実空間における単位面積の一辺なので一定値。よって、e2はmの2乗に比例する。
しかし、それらの投影線a’上の各交点に対応する画像上の距離nの値は同じ値にはならない。このため、mの値が等しい位置にある微小領域Tmであっても、その微小領域Tmの実空間における面積(相対的なもの)において、それぞれ対応する前記nの値を考慮しなければならない。
このため、mをnで正規化すると、実空間の単位面積に対応する観察画像上の面積(=e1×e2)は、(m/n)の3乗に比例する。
[数7]
S∝1/((m/n)3・Ro・(Ro+Wa・cosθ) )
の関係が成立する。
検査領域W内の全ての特徴部Kの実面積の和を、検査領域W全体の実面積で除して、特徴部Kの検査領域Wに占める面積比率Jを算出する(工程43参照)。
その面積比率Jを閾値と比較して配管Pの老朽度が診断され、施設の更新の要・不要等が判定される(工程44,45参照)。
カメラ2にケーブル5を介して、前記制御装置10、解析装置20、プリンタ装置27、モニタ装置28、キーボード、マウス等を備えたパソコンを接続する。
(1)画像読み込み元デフォルトフォルダ
(2)データ保存先デフォルトフォルダ
(3)レンズの画角(対角線)
(4)管の直径ごとの内側判定エリア(内側の投影線に相当する仮想線)のカメラからの距離
(5)管の直径ごとの内側判定エリア(内側の投影線に相当する仮想線)の画像操作ウィンドウ上でのサイズ
(6)管の直径ごとの外側判定エリア(外側の投影線に相当する仮想線)のカメラからの距離
(7)管の直径ごとの外側判定エリア(外側の投影線に相当する仮想線)の画像操作ウィンドウ上でのサイズ
また、「エリア設定」の機能は、「管直径選択」で選択した配管の直径に応じた内側及び外側測定エリアの線(前記内外の投影円)が表示される。また、測定エリアは、マウスのドラッグによって、適宜の位置に移動させることができる(図19参照)。
一度、検出操作を行った後、再度設定値を変更すると、その変更した内容にしたがって再検出が行われる。
コントロールパネルの「場所」の項目が未入力の場合、データの出力はできない。また、「コメント」項目には、自由な内容を記述することができ、その内容が出力ファイルに付加される。
(文字列).txt
(画像).bmp or .jpg
であり、テキストファイルには、
(1)日付(元画像のタイムスタンプ)
(2)コメント
(3)場所
(4)口径(管の内径)
(5)画像処理の設定値
(6)剥離率(面積比率J)
(7)判定結果
が出力される。画像ファイルには、上記テキストファイルに出力する内容が画像下部に付加された状態で、剥離部分検出後の画像が保存される。
5 ケーブル
10 制御装置
11 位置検出手段
12 撮影光軸調整手段
13 照明制御手段
20 解析装置
21 CPU
22 演算手段
23 記憶手段
24 画像処理手段
25 特徴部検出手段
26 判定手段
27 プリンタ装置
28 モニタ装置
a,b,c,d・・・ 仮想線
a’,b’,c’,d’・・・ 投影線
E1,E2,E3,E4・・・ 扇形エリア
e1,e2 微小領域の辺長
J 面積比率
K 特徴部
L 撮影光軸
M レンズ中心
O,Oa,Od 投影円の中心
Ox 等距離円の中心
P 配管
Q 消失点
Rc 中心Oa,Od間距離
Ri,Ro 投影円の半径
Rx 等距離円の半径
Rα 円周
S’m 微小領域の実面積
Tm 微小領域
U1,U2 直線
V 消失点Qと中心Od間距離
W 検査領域
Claims (2)
- 配管P内に配置した撮像手段2で取得した観察画像によって、前記配管Pの内周面に生じた変色、錆、傷又は塗装剥離の発生状況を判断する管内面診断方法において、
前記配管Pの内周面に、周方向に沿って管軸直交方向に延びる環状の仮想線a,bを複数箇所設定し、前記仮想線a,b間に挟まれた内周面全周又は一部を検査領域Wとし、前記撮像手段2は、前記検査領域Wの前記観察画像をその検査領域Wの管軸方向外方のその撮像手段2の撮影光軸Lが管軸に一致しない位置から取得してその観察画像上には複数の環状の投影線a’,b’が設定されてその各投影線a’,b’が前記各仮想線a,bに相当するとともに、その投影線a’,b’間で前記変色、錆、傷又は塗装剥離が発生している特徴部Kを抽出し、前記観察画像上における前記特徴部Kの投影面積を基に前記検査領域W内に占める前記特徴部Kの面積比率Jを算出し、前記特徴部Kの面積比率Jと予め設定されている閾値とを比較することにより配管Pの老朽度を判断するものであり、
前記観察画像上で、前記投影線a’,b’間に単位面積を有する微小領域を設定し、前記微小領域と、前記微小領域に対応する前記配管Pの内周面における実面積との比例定数を、前記両投影線a’,b’の外径及び中心位置、並びに前記微小領域の位置、前記観察画像上における管内面に設定された管軸方向の仮想線群の交点である消失点Qと計測点zである前記微小領域との画像上の距離m、前記消失点Qと前記計測点zとを結び、その延長上で最も外側に位置する前記環状の投影線a’と交わる点Aと前記消失点Qとの画像上の距離n、前記投影線a’の中心Oaと前記交わる点Aとを結ぶ直線と水平軸との仰角θから算出し、前記微小領域の単位面積に前記比例定数を乗じることによりその微小領域に対応する前記実面積を算出するとともに、前記観察画像上における前記特徴部Kを前記微小領域の集合として、前記特徴部Kの面積比率Jは、前記各微小領域の投影面積を基に算出された前記特徴部Kの実面積により算出することを特徴とする管内面診断方法。 - 配管P内に配置した撮像手段2で取得した観察画像によって、前記配管Pの内周面に生じた変色、錆、傷又は塗装剥離の発生状況を判断する管内面診断装置において、
前記配管Pの内周面に、周方向に沿って管軸直交方向に延びる環状の仮想線a,bを複数箇所設定し、前記仮想線a,b間に挟まれた内周面全周又は一部を検査領域Wとし、前記撮像手段2は、前記検査領域Wの前記観察画像をその検査領域Wの管軸方向外方のその撮像手段2の撮影光軸Lが管軸に一致しない位置から取得してその観察画像上には複数の環状の投影線a’,b’が設定されてその各投影線a’,b’が前記各仮想線a,bに相当するとともに、その前記投影線a’,b’間で前記変色、錆、傷又は塗装剥離が発生している特徴部Kを抽出し、前記観察画像上における前記特徴部K及び前記検査領域Wの各投影面積を基に前記検査領域W内に占める前記特徴部Kの面積比率Jを算出し、前記特徴部Kの面積比率Jと予め設定されている閾値とを比較することにより配管Pの老朽度を判断するものであり、
前記観察画像上で、前記投影線a’,b’間に単位面積を有する微小領域を設定し、前記微小領域と、前記微小領域に対応する前記配管Pの内周面における実面積との比例定数を、前記両投影線a’,b’の外径及び中心位置、並びに前記微小領域の位置、前記観察画像上における管内面に設定された管軸方向の仮想線群の交点である消失点Qと計測点zである前記微小領域との画像上の距離m、前記消失点Qと前記計測点zとを結び、その延長上で最も外側に位置する前記環状の投影線a’と交わる点Aと前記消失点Qとの画像上の距離n、前記投影線a’の中心Oaと前記交わる点Aとを結ぶ直線と水平軸との仰角θから算出し、前記微小領域の単位面積に前記比例定数を乗じることによりその微小領域に対応する前記実面積を算出するとともに、前記観察画像上における前記特徴部Kを前記微小領域の集合として、前記特徴部Kの面積比率Jは、前記各微小領域の投影面積を基に算出された前記特徴部Kの実面積により算出することを特徴とする管内面診断装置。
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