JP5557054B2 - 構造物調査装置及び構造物調査方法 - Google Patents
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Description
このひび割れは、構造物の本格的な損壊、即ち、部分的な破壊や剥離の前兆であるため、調査によってひび割れを早期に発見し、補修することは、構造物の損壊を防止する上で非常に重要な作業となっている。
この従来のひび割れ調査装置は、車両に搭載したカメラにより路面を撮影し、撮影画像を解析することによって路面のひび割れを検出するものである。
また、太陽光を利用するものであるため、検出作業が日中に限定され、走行車両が少ない夜間には作業ができない、という問題もあった。
このような従来の調査装置で用いられる照明装置は、撮影領域内の路面をはっきりと映し出すことが重要視されていた。
そこで、撮影領域における照度を所定レベル以上に均一に調整するために、従来の照明装置には、ハロゲンランプ等の高照度の光源Aを多数備え、光源からの光線Bをレンズを備えた集光手段Cによって、所定の照射領域に収束し得るものが利用されていた。
例えば、従来の照明装置を利用した調査装置を搭載した車両を用いた場合、車両の進行方向に平行な方向に延びる欠陥Dには、図20に示したように、様々な角度から複数の光源Aの光線Bが差し込み、欠陥内に発生する陰影を打ち消してしまう。
即ち、この図21において、左側の画像の黒丸で囲んだ領域には、車両の進行方向、即ち、画像の左右方向に沿って、ヒビ状の欠陥が存在する。
図21の右側の画像は、左側の画像の黒丸で囲まれた領域の拡大画像であるが、この拡大画像には、欠陥を示すような陰影は認められない。
このように、上記の従来技術では、車両の進行方向に平行に延びる欠陥を発見することはできなかった。
この場合、図22に示したように、車両の進行方向に平行な方向に延びる欠陥Dには、陰影Eが発生し、発生した陰影が他の光源の光線によって打ち消されることはない。
なお、本明細書において、明度とは、撮影手段によって得られた撮影結果、即ち、画像又は映像における256階調の明るさの度合いを示し、照度とは、光源からの光の明るさ(例えばルクス)の度合いを示す。
撮影して得られた撮影結果に基づいた構造物の表面の欠陥の判断に用いられる構造物調査装置において、
構造物の表面の撮影領域を照射する複数の光源を有し、各光源による光線の主要な照射領域が重複しない複数の光源を有する照明手段と、
照明手段の光源によって照射された撮影領域を撮影して撮影結果を取得し、欠陥のない構造物の表面と、調査対象となる構造物の表面とを撮影する撮影手段と、
撮影手段によって得られた撮影結果のうち、欠陥のない構造物の表面の撮影結果から、撮影結果の明度のムラを補正する補正データを取得する補正データ取得手段と、
補正データ取得手段によって得られた補正データを用いて、撮影結果のうち、構造物の表面の調査対象領域を撮影して得られた撮影結果の明度のムラを平準化する撮影結果補正手段と
を具備することを特徴とする。
照明手段の各光源が、各光源から拡散する光線を、それぞれ所定の範囲に収束させる集光手段を有することを特徴とする。
照明手段の各光源の照射領域が、それぞれ、照射領域が重複しない主要照射領域と、隣接する照射領域との境界に形成され、隣接する照射領域と重複する境界照射領域とからなり、
照明手段の集光手段が、集光レンズと、遮光手段とからなり、
遮光手段は、境界照射領域に照射される光線を遮光し、境界照射領域に到達する光量を減少させる
ことを特徴とする。
補正データ取得手段が、
撮影結果の明度の分布から明度変化点を抽出し、スプラインで補完した明度補正曲線を作成し、得られた明度補正曲線を補正データとする
ことを特徴とする。
補正データ取得手段が、
明度補正曲線に基づいて補正率を算出し、得られた補正率を補正データとし、
撮影結果補正手段が、
補正データ取得手段によって得られた補正率を用いて撮影結果の明度のムラを平準化する
ことを特徴とする。
照明手段及び撮影手段に対し、構造物の表面が相対移動し、
照明手段の光源が、移動方向に直交する方向に沿って4組配置され、
各光源の照射領域の集合域が、撮影領域の中央に、移動方向に沿って設定される中央境界照射領域と、中央境界領域の両側に中央境界照射領域と所定間隙を介して設定される側境界照射領域とを境界に4分割され、
両端の2組の光源は、互いの光源の光軸が交差した後、中央境界領域から側境界領域に至る照射領域を照射するよう、それぞれ配置され、
中央の2組の光源は、各光源の光軸が、両端の光源のうち、隣り合う光源の光軸と交差した後、側境界領域の外側の照射領域を照射するよう、それぞれ配置される
ことを特徴とする。
補正データ取得手段が、
欠陥のない構造物の表面の撮影結果を構成する画素の明度の変化をグラフ化し、そのグラフ化において、予め定められた画素ピッチで設定される変化点と、グラフ上の変化のピークとなる山と谷の部分に設定された変化点とからなる明度変化点を特定し、
明度変化点をスプライン補間したスプライン曲線を作成し、予め定められた設定明度を、撮影結果を構成する各画素の位置に対応するスプライン曲線上の値で割った値を補正データとして画素毎に算出し、
撮影結果補正手段が、
撮影結果を構成する各画素の明度に、各画素に対応する補正データを掛けて撮影結果の明度ムラを平準化する
ことを特徴とする。
それぞれが有する照射領域が重複しない複数の光源によって、構造物の表面の撮影領域に光線を照射するステップと、
光線が照射された構造物の表面の撮影領域のうち、欠陥のない構造物の表面を撮影して撮影結果を取得するステップと、
欠陥のない構造物の表面を撮影して得られた撮影結果から、撮影結果の明度のムラを補正する補正データを取得するステップと、
光線が照射された構造物の表面の調査対象領域となる撮影領域を撮影して撮影結果を取得するステップと、
調査対象領域を撮影して得られた撮影結果の明度のムラを、補正データを用いて平準化するステップと、
明度のムラが平準化された補正結果を表示するステップと
からなることを特徴とする。
それぞれが有する照射領域が重複しない複数の光源によって、構造物の表面の撮影領域に光線を照射するステップと、
光線が照射された構造物の表面の撮影領域のうち、欠陥のない構造物の表面とみなし得る撮影領域を含む調査対象領域となる撮影領域を撮影するステップと、
撮影結果を格納するステップと、
撮影結果から、欠陥のない構造物の表面を撮影したとみなす撮影結果を特定するステップと、
欠陥のない構造物の表面を撮影して得られた撮影結果から、明度のムラを補正する補正データを取得するステップと、
補正データを用いて、格納されている撮影結果の明度のムラを平準化するステップと、
明度のムラが平準化された補正結果を表示するステップと
からなることを特徴とする。
この明度ムラの補正は、まず、欠陥のない撮影領域、例えば、舗装道路の撮影結果を構成する画素の明度を画素番号順に配列してグラフ化し、そのグラフにおいて、予め定められた特定の画素ピッチ、例えば、200画素ピッチで設定された変化点と、グラフ上の変化のピークとなる山と谷の部分に設定された変化点とからなる明度変化点を特定する。
そして、認識性の高い設定明度、例えば、256階調データであれば、100〜150の間の特定の設定明度を、撮影結果を構成する各画素の位置に対応するスプライン曲線上の値で割った値を補正率(補正係数)とし、これを、補正データ(キャリブレーションデータ)として、撮影領域の撮影時の明度に、上記補正率を掛けた値を補正後の明度とする。
この結果、補正後の撮影画像の明度ムラは抑制され、欠陥に生じた陰影の認識を容易にできるようになる。
以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明する。
コントロールユニット10は、制御手段101、撮影結果格納手段102、補正データ取得手段103、撮影結果補正手段104、及び、補正結果格納手段105を有する。
制御手段101は、この構造物調査装置1を構成する要素の作動を制御する。
撮影結果格納手段102は、後述する撮影手段の撮影によって得られた撮影結果、即ち、映像や画像を格納する。
このキャリブレーションデータは、欠陥のない構造物の表面の撮影結果を解析し、撮影結果中の明度の分布から明度変化点を抽出し、その抽出結果から、スプラインで補完した明度補正曲線を生成し、得られた明度補正曲線に基づいて補正率を算出することによって得られる。
補正結果格納手段105は、撮影結果補正手段104で補正された補正結果を格納する。
この撮影手段11は、撮影領域となる構造物2の表面21に対し、撮影手段11の撮影領域の中央に向かう撮影中央線11aが垂直になるよう配置される。
各光源121〜124の構造は同様であるので、代表して光源121について説明する。
この光源121は、集光手段のレンズによって集光された光線121bを照射する。
なお、この光線121bは、遮光手段1211による遮光が行われない状態の照射範囲を示すものである。
図示しない集光手段は、発光部から発せられる光線を、所定の範囲に収束させる図示しないレンズと、レンズから出射される光線を部分的に遮光し、その遮光量を調整可能な遮光手段を有する。
なお、この照射領域の集合域3の構成については、照明手段12の光源121〜124の配置の説明時に、併せて説明する。
この操作端末13は、コントロールユニット10に接続され、構造物調査装置1の操作に必要な操作画面を表示すると共に、撮影結果及び補正結果を表示し、さらに、ユーザからの入力に応じて、制御手段101に対して、構造物調査装置1の作動の制御に必要な指示信号を出力する。
構造物2は、アスファルトやコンクリート製の構造物であり、例えば、道路構造物が挙げられる。
表面21は、構造物2の表面であり、例えば、道路構造物の舗装面が挙げられる。
各照明手段121〜124は、それぞれ異なる個別の照射領域を有する。
照射領域の集合域3は、個別の照射領域の集合域であって、帯状に延び、図3に示したように、一方の端縁から順次、主要照射領域31a、側境界照射領域32b、主要照射領域31b、中央照射領域32a、主要照射領域31c、側境界照射領域32c、及び、主要照射領域31dに区分される。
照明手段121〜124は、図2及び図3に示されるように、同一直線上に一列に配置され、図3に示されるように、光線を構造物2の表面21に対して斜めに照射する。
この重複した領域では、光線の照射の重複により、図5の白枠で示したように、明度ムラが生じる上、隣接する領域の境界が明瞭になる。
上記のように、遮光手段1211〜1241によって、光線の一部を遮光し、図6の白枠で示したように、明度ムラを軽減し、隣接する領域の境界を目立たなくする。
なお、以下の説明で実行される動作は、ユーザが操作する操作端末13からの指令に基づいて実行される。
実施例1に係る構造物調査装置1を使用するときには、まず、照明手段12の設定を行う。
この撮影結果は、順次、撮影結果格納手段102に格納され、撮影結果の確認や解析に利用可能に保持される(ステップS13)。
平準化された補正画像は、補正結果格納手段105に格納される(ステップS16)。
そして、補正結果格納手段105に格納された補正結果は、端末装置13を介したユーザの要求に応じて、その表示手段に表示され、ユーザによる欠陥の判断に供される(ステップS17)。
図8〜15中、4は本発明の実施例2に係る構造物調査装置、40はコントロールユニット、41は撮影手段、41aは撮影中央線、42は照明手段、420は光源ユニット、421〜424はレンズユニット、421aは光軸、421bは光線、4211〜4241は遮光手段、43は光ファイバーケーブル、5は車両である。
この構造物調査装置4は、実施例1の構造物調査装置1とは、照明手段42の構成が異なる。
照明手段42は、光源ユニット420、レンズユニット421〜424、遮光手段4211〜4241、及び、光ファイバーケーブル43を具備する。
光源ユニット420は、各レンズユニット421〜424に対応した、図示しない光線出射口を有する。
各光源の光線は、光源ユニット420内で反射手段によって集光され、上記の光線出射口に集光される。
なお、光ファイバーケーブル43は、図8では1本しか記載されておらず、また、図9では省略されているが、各レンズ集光手段421〜424は、図示しない光ファイバーケーブを介して光源ユニット420に接続されるものである。
そして、遮光手段4211〜4241も、実施例1のおける遮光手段1211〜1241と同様に、その照射範囲の一部を遮光するよう調整される。
なお、この調査は、夜間に行った。
まず、図8及び図9に示されるように構造物調査装置4を搭載し、照明手段42の設定がなされた車両5を道路構造物上に移動させる。
次に、照明手段42を作動させた状態で、撮影手段41にて、欠陥のない道路構造物の舗装面を撮影する。
次に、この撮影結果を構成する各画素の明度を解析し、各画素の明度を取得する。
この各画素の明度を、縦軸を256階調、横軸を画素番号にしたグラフに示したものが、図10のグラフである。
本実施例において設定された明度変化点の具体例を図11に示す。
この明度変化点について、舗装面に現れるひび割れのような欠陥は、舗装面のテクスチャとして現れるため、明度変化点を細かい間隔で設定すると、欠陥の陰影を劣化させる可能性がある。
また、スプラインによる補間には、例えば、従来公知の3次スプライン関数を用いた3次スプライン補間法が用いられる。
この補正率は、撮影結果を構成する画素の明度のムラを平準化するために用いられる。
この補正率は、各画素のスプライン曲線上の値と、設定明度によって決定される。
例えば、8ビット、0〜255までの256階調のデータの場合、最も表示が見やすい明度は、100〜150の間であるため、この明度のデータの認識性を高める補正率を採用する。
具体的には、各画素の明度補正率は、次の式によって求められる。
補正率=設定明度/各画素のスプライン曲線上の値
このとき、補正後の明度は、以下の式によって求められる。
補正後の明度=撮影時の明度×(設定明度/各画素のスプライン曲線の上の値)
この補正結果の各画素の明度をグラフ示したものが、図13に示したグラフである。
なお、本来の構造物調査では、欠陥がないことが予め確認されている舗装面の撮影結果について、その明度の平準化は、実行してもしなくてもよい。
この「補正前画像」では、縦方向に沿った筋状に明暗に差があるムラが存在することがわかる。
そして、図12に示した明度補正曲線に基づいた補正率を示す補正係数の明度を反映させた画像が、図14の左下に示した「補正係数画像」である。
この場合、補正率=補正係数であり、図14は、係数値を明暗で擬似表示した画像である。
そして、「補正前画像」に「補正係数画像」を掛け合わせると、図14の右側に示した補正結果を示す画像となる。
この補正結果では、補正前画像に認められた縦方向のムラがなくなり、画像内の明度が平準化され、画像上で舗装面をはっきり確認できることがわかる。
そして、この平準化によって得られた補正結果をコントロールユニット40内の補正結果格納手段に格納する。
図15は、この明度ムラが除去された舗装面の画像の一部である。
図15の左側画像の黒丸で囲んだ領域の拡大画像が、図15の右側の画像である。
なお、上記の実施例において、欠陥の陰影が彩度の要素を含む場合では、明度ムラが除去された画像では、欠陥の陰影がさらにはっきり確認できる。
図16は、実施例3の調査方法を示すフローチャートである。
実施例3は、その主要構成は実施例2と同様であり、撮影開始から撮影結果の明度のムラの平準化の処理へ至るまでの工程が一部異なる。
次に、撮影結果から、欠陥がない舗装面の撮影結果を特定する(ステップS24)。
次に、撮影結果中の特定された範囲の撮影結果に基づき、実施例2と同様にキャリブレーションデータを取得する。
図17は、実施例4の照明手段の照明状態を示す説明図である。
なお、この実施例4の主要構成は、光源が照明ユニットに変更された構成以外は、実施例1と同様であるので、相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
この照明ユニット621、622は、内部に図示しない光源を有し、各光源から拡散する光線を広範の領域に収束させる集光手段として、それぞれ、図示しない広角レンズを有する。
図18は、実施例5の照明手段の照明状態を示す正面説明図、図19は、図18の側面説明図である。
この実施例5は、実施例4の構成と撮影手段の個数、及び、照明ユニットの配置が異なるので、実施例4との相違点を中心に説明する。
また、この実施例5は、図8で示された実施例と同様に、車両の後方に取り付けられる。
なお、以下の説明における前後左右のうち、左方とは、図17における左側、前方とは、図18に置ける左側を示し、同様に以下の説明における右方及び後方は、上記の方向の逆側を示すものである。
照明ユニット721、722は、実施例4と同様に広角レンズを備えたものである。
他の一方の照明ユニット722は、後方に設けられた撮影手段712の撮影領域を、その撮影領域から離れた位置、具体的には、図19の左方から撮影領域に向けて斜め右下方向に照射する。
また、本実施例では、2台の撮影手段の撮影領域の前後方向のズレに基づき、前後方向のズレを補正して合成した画像を作成する画像処理を実施することにより、画像を目視したユーザが直感的に路面状態を把握できるようにすることが可能である。
例えば、照明手段の光源には、LED照明の他、ハロゲンランプ、メタルはライドランプ(HID)など、どのような種類の光源を使用しても良い。
また、照明手段によって照射される光線は、欠陥に対して斜めに照射され、欠陥に陰影を発生し得るものであればどのような角度であってもよいが、構造物の表面に対して40〜50度程度であれば、好適な陰影を発生させることができる。
また、撮影手段の撮影方向は、実施例では、撮影領域に対して垂直になるよう配置されているが、画像内の陰影の確認が困難にならなければ、垂直でなくてもよい。
また、キャリブレーションデータは、照明の設定が固定されていれば、作業の都度設定し直す必要はなく、一度取得したキャリブレーションデータを再利用するようにしてもよい。
また、撮影結果や補正結果は必要に応じて格納しなくてもよい。
また、中央境界照射領域と側境界照射領域の、主要照射領域に対する割合は、実施例に示したものに限定されず、例えば、両境界照射領域の割合をできるだけ低くしたり、境界照射領域が発生しないよう照明手段を設定したりしてもよい。
また、実施例5では、2台の撮影手段を採用したが、2台以上の撮影手段を用いてもよい。
さらに、本発明は、本発明の範囲内で自由に設計変更し得るものであり、上記実施例に限定されるものではない。
10 コントロールユニット
101 制御手段
102 撮影結果格納手段
103 補正データ取得手段
104 撮影結果補正手段
105 補正結果格納手段
11 撮影手段
11a 撮影中央線
12 照明手段
121 光源
121a 光軸
121b 光線
1211 遮光手段
122 光源
122a 光軸
122b 光線
1221 遮光手段
123 光源
123a 光軸
123b 光線
1231 遮光手段
124 光源
124a 光軸
124b 光線
1241 遮光手段
13 操作端末
14 電源ユニット
2 構造物
21 表面
3 照射領域の集合域
31a 主要照射領域
31b 主要照射領域
31c 主要照射領域
31d 主要照射領域
32a 中央境界照射領域
32b 側境界照射領域
32c 側境界照射領域
4 構造物調査装置
40 コントロールユニット
41 撮影手段
41a 撮影中央線
42 照明手段
420 光源ユニット
421 レンズユニット
421a 光軸
421b 光線
4211 遮光手段
422 レンズユニット
4221 遮光手段
423 レンズユニット
4231 遮光手段
424 レンズユニット
4241 遮光手段
43 光ファイバーケーブル
5 車両
61 撮影手段
61a 撮影中央線
621 照明ユニット
621b 光線
622 照明ユニット
622b 光線
711 撮影手段
711a 撮影中央線
711b 撮影領域
712 撮影手段
712a 撮影中央線
712b 撮影領域
721 照明ユニット
721b 光線
722 照明ユニット
722b 光線
A 光源
B 光線
C 集光手段
D 欠陥
Claims (10)
- 撮影して得られた撮影結果に基づいた道路の舗装面の欠陥の判断に用いられる道路の舗装面の調査装置において、
道路の舗装面上に、道路の横断方向に沿って設定される撮影領域を照射する複数の光源を有し、各光源による光線の主要な照射領域が重複せず、かつ、光源の光軸が、他の光源の光線と交差した後、舗装面に斜めに入射するよう配置される照明手段と、
照明手段の光源によって照射された撮影領域を撮影して撮影結果を取得し、欠陥のない道路の舗装面と、調査対象となる道路の舗装面とを撮影する撮影手段と、
撮影手段によって得られた撮影結果のうち、欠陥のない道路の舗装面の撮影結果から、撮影結果の明度のムラを補正する補正データを取得する補正データ取得手段と、
補正データ取得手段によって得られた補正データを用いて、撮影結果のうち、道路の舗装面の調査対象領域を撮影して得られた撮影結果の明度のムラを平準化する撮影結果補正手段と
を具備する上記の道路の舗装面の調査装置。 - 照明手段の各光源が、各光源から拡散する光線を、それぞれ所定の範囲に収束させる集光手段を有する請求項1に記載の道路の舗装面の調査装置。
- 照明手段の各光源の照射領域が、それぞれ、照射領域が重複しない主要照射領域と、隣接する照射領域との境界に形成され、隣接する照射領域と重複する境界照射領域とからなり、
照明手段の集光手段が、集光レンズと、遮光手段とからなり、
遮光手段は、境界照射領域に照射される光線を遮光し、境界照射領域に到達する光量を減少させる
請求項2に記載の道路の舗装面の調査装置。 - 補正データ取得手段が、
撮影結果の明度の分布から明度変化点を抽出し、スプラインで補完した明度補正曲線を作成し、得られた明度補正曲線を補正データとする
請求項1から3のいずれかに記載の道路の舗装面の調査装置。 - 補正データ取得手段が、
明度補正曲線に基づいて補正率を算出し、得られた補正率を補正データとし、
撮影結果補正手段が、
補正データ取得手段によって得られた補正率を用いて撮影結果の明度のムラを平準化する
請求項4に記載の道路の舗装面の調査装置。 - 照明手段及び撮影手段に対し、道路の舗装面が相対移動し、
照明手段の光源が、移動方向に直交する方向に沿って4組配置され、
各光源の照射領域の集合域が、撮影領域の中央に、移動方向に沿って設定される中央境界照射領域と、中央境界領域の両側に中央境界照射領域と所定間隙を介して設定される側境界照射領域とを境界に4分割され、
両端の2組の光源は、互いの光源の光軸が交差した後、中央境界領域から側境界領域に至る照射領域を照射するよう、それぞれ配置され、
中央の2組の光源は、各光源の光軸が、両端の光源のうち、隣り合う光源の光軸と交差した後、側境界領域の外側の照射領域を照射するよう、それぞれ配置される
請求項1から5の何れかに記載の道路の舗装面の調査装置。 - 車両に取り付けられ、道路の舗装面の欠陥を撮影する請求項1から6の何れかに記載の道路の舗装面の調査装置。
- 補正データ取得手段が、
欠陥のない道路の舗装面の表面の撮影結果を構成する画素の明度の変化をグラフ化し、そのグラフ化において、予め定められた画素ピッチで設定される変化点と、グラフ上の変化のピークとなる山と谷の部分に設定された変化点とからなる明度変化点を特定し、
明度変化点をスプライン補間したスプライン曲線を作成し、予め定められた設定明度を、撮影結果を構成する各画素の位置に対応するスプライン曲線上の値で割った値を補正データとして画素毎に算出し、
撮影結果補正手段が、
撮影結果を構成する各画素の明度に、各画素に対応する補正データを掛けて撮影結果の明度ムラを平準化する
ことを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の道路の舗装面の調査装置。 - それぞれが有する照射領域が重複しない複数の光源であって、光源の光軸が、他の光源の光線と交差した後、舗装面に斜めに入射するよう配置された複数の光源によって、道路の舗装面の撮影領域に光線を照射するステップと、
光線が照射された道路の舗装面の撮影領域のうち、欠陥のない道路の舗装面を撮影して撮影結果を取得するステップと、
欠陥のない道路の舗装面を撮影して得られた撮影結果から、撮影結果の明度のムラを補正する補正データを取得するステップと、
光線が照射された道路の舗装面の調査対象領域となる撮影領域を撮影して撮影結果を取得するステップと、
調査対象領域を撮影して得られた撮影結果の明度のムラを、補正データを用いて平準化するステップと、
明度のムラが平準化された補正結果を表示するステップと
からなる道路の舗装面の調査方法。 - それぞれが有する照射領域が重複しない複数の光源であって、光源の光軸が、他の光源の光線と交差した後、舗装面に斜めに入射するよう配置された複数の光源によって、道路の舗装面の撮影領域に光線を照射するステップと、
光線が照射された道路の舗装面の撮影領域のうち、欠陥のない道路の舗装面とみなし得る撮影領域を含む調査対象領域となる撮影領域を撮影するステップと、
撮影結果を格納するステップと、
撮影結果から、欠陥のない道路の舗装面を撮影したとみなす撮影結果を特定するステップと、
欠陥のない道路の舗装面の表面を撮影して得られた撮影結果から、明度のムラを補正する補正データを取得するステップと、
補正データを用いて、格納されている撮影結果の明度のムラを平準化するステップと、
明度のムラが平準化された補正結果を表示するステップと
からなる道路の舗装面の調査方法。
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