JP5613603B2 - 原子炉内機器形状計測装置および原子炉内機器形状計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉内機器形状計測装置および原子炉内機器形状計測方法に関する。

原子力発電プラントでは、機器の経年劣化や損傷にともない機器の取替工事や補修工事を実施する場合がある。補修工事を行う場合、補修方法の検討や、補修装置の使用条件設定を行うために、補修前に補修対象となる箇所の表面形状を計測する必要がある。

そこで従来、計測対象の表面に線状の光を投影し、投影箇所をカメラで撮影した画像から三角測量によって計測対象の表面形状を計測する計測方法や、カメラの位置を変えて計測表面を複数回撮影し、撮影した複数の画像から三角測量によって計測対象の表面形状を計測する測定方法、これら計測方法を実施する計測装置が知られている。これらの計測方法は、安定的な計測結果を得るために、複数回計測して平均処理を行う場合がある。

特開平１１−３２６５８０号公報

先ず、計測対象の表面に線状の光を投影して計測対象の表面形状を計測する計測方法は、１回の撮影（計測）で必要とする測定範囲の全域の表面形状を計測することが難しく、測定範囲の全域に渡って複数回の撮影（計測）を行う必要が有り、各々の撮影を行うために段取り替えを要するなどして測定時間が比較的長時間掛かるという課題がある。

次いで、複数の画像から計測対象の表面形状を計測する測定方法は、撮影した画像間で計測対象の同一箇所を写した部分を探索する必要があり、例えば照明の具合やノイズの影響によって計測対象の同一箇所を写した部分を正しく探索することが難しく、計測対象の表面形状を誤って計測してしまう可能性がある。

また、いずれの計測方法においても、安定的な計測結果を得るために、複数回の計測を行う必要をともないさらに長時間の測定時間を要するという課題がある。

特に、原子炉の機器形状を測定する場合、原子炉が発する放射線によってカメラの撮影する画像にノイズ（ランダムノイズ）が生じたり、機器の表面状況による画像のコントラストが不足したりすることから、撮影した画像間で計測対象の同一箇所を写した部分を探索することがさらに難しい。

そこで、本発明は、段取り替えを要することなく計測対象を撮影可能であり、かつ撮影した画像からより正確な表面形状を計測可能な原子炉内機器形状計測装置および原子炉内機器形状計測方法を提案することを目的とする。

前記の課題を解決するため本発明に係る原子炉内機器形状計測装置は、計測対象を撮影するカメラと、前記計測対象の表面に沿って前記カメラを走査して撮影範囲が部分的に重なり合う複数の画像を撮影可能にする移動装置と、一対の前記画像間の視差から前記計測対象の表面形状を表す複数の測定点を有する仮表面形状情報を前記複数の画像から順次に演算する形状演算装置と、前記仮表面形状情報を複数重ねて前記測定点が密集する評価点を求め、前記評価点の集合を前記計測対象の表面形状を表す表面形状情報とする形状情報作成装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る原子炉内機器形状計測方法は、計測対象の表面に沿って撮影範囲が部分的に重なり合う複数の画像を撮影し、一対の前記画像間の視差から前記計測対象の表面形状を表す複数の測定点を有する仮表面形状情報を前記複数の画像から順次に演算し、前記仮表面形状情報を複数重ねて前記測定点が密集する評価点を求め、前記評価点の集合を前記計測対象の表面形状を表す表面形状情報とすることを特徴とする。

本発明によれば、段取り替えを要することなく計測対象を撮影可能であり、かつ撮影した画像からより正確な表面形状を計測可能な原子炉内機器形状計測装置および原子炉内機器形状計測方法を提案できる。

本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置を示すシステム構成図。 本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の撮影範囲の一例を示す図。 （ａ）から（ｃ）は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置のカメラが撮影する画像のノイズの一例を示す図。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置のカメラが撮影する画像の一例を示す図。（ｂ）は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の視点変換画像の一例を示す図。 本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の評価メッシュを示す概念図。 本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の評価メッシュにおける任意のｘ−ｚ面を示す概念図。 本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の任意のｘ−ｚ面における測定点の存否を示す概念図。 本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の任意のｘ−ｚ面における評価点を示す概念図。

本発明に係る原子炉内機器形状計測装置および原子炉内機器形状計測方法の実施形態について図１から図８を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置を示すシステム構成図である。

図２は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の撮影範囲の一例を示す図である。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置１は、計測対象ＭＯを撮影するカメラ２と、計測対象ＭＯの表面Ｓに沿ってカメラ２を走査して撮影範囲が部分的に重なり合う複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………を撮影可能にする移動装置３と、一対の画像（例えば画像ｐ１、ｐ２）間の視差から計測対象ＭＯの表面形状を表す複数の測定点を有する仮表面形状情報を複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………から順次に演算する形状演算装置５と、仮表面形状情報を複数重ねて測定点が密集する評価点を求め、評価点の集合を計測対象ＭＯの表面形状を表す表面形状情報とする形状情報作成装置６と、を備える。

また、原子炉内機器形状計測装置１は、画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………のノイズを低減するとともにコントラストを改善する画質改善装置７と、一の画像（例えば画像ｐ１）の視点における視点変換画像を他の画像（例えば画像ｐ２）から生成し、一の画像と視点変換画像との一致箇所について仮表面形状情報の測定点を採用し、その他は破棄する仮表面形状情報評価装置８と、を備える。

計測対象ＭＯは、例えば原子炉内機器である。

カメラ２は計測対象ＭＯを撮影可能な撮像素子（図示省略）を備える。カメラ２は撮影する画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………をデジタルデータへ変換して画質改善装置７へ出力する。カメラ２は、複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………として静止画を連続的に撮影可能な所謂デジタルスチルカメラであっても良いし、複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………として動画を撮影可能なデジタルビデオカメラであっても良い。

カメラ２が撮影する複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………は、カメラ２が時系列に撮影する計測対象ＭＯの画像であり、撮影範囲が部分的に重なり合う一対の画像（例えば画像ｐ１、ｐ２）を複数有し、計測対象ＭＯの表面Ｓを三次元計測可能な画像重複部ｄを有する画像群である。

移動装置３は、カメラ２を走査可能であるとともに、エンコーダ（図示省略）などカメラ２の現在位置を検知可能な位置センサ（図示省略）を備える。移動装置３は、カメラ２の現在位置を刻々形状演算装置５へ出力する。移動装置３が出力するカメラ２の位置情報は、それぞれの画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………に関連付け、各画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………の撮影位置となる。

なお、カメラ２は、複数台、例えば２台のカメラからなる所謂ステレオカメラであっても良い。この場合、原子炉内機器形状計測装置１は、撮影範囲が部分的に重なり合う一対の画像を１回の走査、撮影で取得できる。

図３（ａ）から（ｃ）は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置のカメラが撮影する画像のノイズの一例を示す図である。

画質改善装置７は、複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………の同一座標（具体的には同一画素）に係る輝度を昇順または降順に整列し、整列順位が略中間の輝度で当該座標の輝度を置換して各画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………のノイズを低減する。図３（ａ）から（ｃ）に示すように、画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………に発生するノイズｎはランダムな位置（異なる座標、画素）に生じるため、任意の画素に係る輝度の時系列な変化に着目すると、その大半にノイズｎがなく、整列順位が略中間の輝度を採用することでノイズｎを低減できる。

ところで、原子炉内機器である計測対象ＭＯの表面Ｓはクラッドの付着によって照明の反射率が悪く、カメラ２で撮影する画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………の明るさが暗く、またコントラストが弱くなることがある。そこで、画質改善装置７は、複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………を加算して得る座標（具体的には画素）毎の輝度の合計値でそれぞれの座標の輝度を正規化しコントラストを改善する。例えば、画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………が８ｂｉｔ画像の場合、画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………の輝度は０から２５５の値で表されるところ、画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………を例えば１０枚加算すると、各座標における輝度の合計値は０から２５５０の範囲の値となる。画質改善装置７は、ある座標における輝度の合計値（一例として１２７５）が２５５になるよう各画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………の輝度を正規化して画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………のコントラストを改善する。

画質改善装置７は、ノイズの低減およびコントラストの改善を図った後、画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………を形状演算装置５へ出力する。

形状演算装置５は、画質改善装置７から画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………を受け取り、時系列に並ぶ一対の画像（例えば画像ｐ１、ｐ２）間の視差から計測対象ＭＯの表面形状を表す複数の測定点を有する仮表面形状情報を複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………から順次に演算する。形状演算装置５は、仮表面形状情報の演算に先立ち、先ず時系列に並ぶ一対の画像（画像ｐ１、ｐ２）間で計測対象ＭＯの同一箇所が写る部分、すなわち対応点を探索する。形状演算装置５は、例えば画像ｐ１上で注目する画素が中央に位置するよう局所ブロックを定義し、画像ｐ１の局所ブロックと画像ｐ２とのブロックマッチングを行って対応点を探索する。形状演算装置５は、このブロックマッチングを画像ｐ１上の各画素に対応して実施する。なお、放射線の影響などによってラインダムなノイズが残留する画像に本処理を適用すると、一対の画像（画像ｐ１、ｐ２）間で比較可能な画素数を減じることになり、画像間の対応付けを誤る可能性が高くなる。そこで、形状演算装置５は、画質改善装置７によってノイズを低減した画像を用いることで画像間の対応付けの信頼性を高める。

なお、仮表面形状情報は画像対（例えば、画像ｐ１、ｐ２の対、画像ｐ２、ｐ３の対、画像ｐ３、ｐ４の対………）毎に演算される。

次に、形状演算装置５は、画像ｐ１、ｐ２の撮影位置に基づき、三角測量によって一対の画像（画像ｐ１、ｐ２）間の対応点の相対的な位置座標（例えば、画像ｐ１の撮影位置に対する相対的な位置座標）を演算し、計測対象ＭＯの表面形状を表す測定点を得る。形状演算装置５は、同様の演算を一対の画像（例えば画像ｐ１、ｐ２）間で重なり合う撮影範囲の座標毎に行い、さらに時系列に並ぶ複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………について順次に行い、演算して得る測定点を画像対（例えば画像ｐ１、ｐ２）毎に仮表面形状情報として整理、調整する。

図４（ａ）は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置のカメラが撮影する画像の一例を示す図である。

図４（ｂ）は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の視点変換画像の一例を示す図である。

仮表面形状情報評価装置８は、形状演算装置５から仮表面形状情報を受け取り、一の画像（例えば画像ｐ１）を撮影した際のカメラ２の位置情報および他の画像（例えば画像ｐ２）を撮影した際のカメラ２の位置情報と、形状演算装置５で得る仮表面形状情報（すなわち、測定点の位置座標）とを用いて、他の画像（例えば画像ｐ２）から視点変換画像ｐｔを生成する。この場合、視点変換画像ｐｔは、他の画像（例えば画像ｐ２）の視点を一の画像（例えば画像ｐ１）の視点へ変換した画像となる。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、カメラ２で実際に撮影した画像ｐ１（図４（ａ））と視点変換画像ｐｔ（図４（ｂ））とは、差異ｅを有する場合がある。仮表面形状情報評価装置８は、この画像ｐ１と視点変換画像ｐｔとを比較して差異ｅを抽出し、差異ｅに対応する計測点の情報を仮表面形状情報から破棄する。画像ｐ１と視点変換画像ｐｔとの差異ｅは形状演算装置５の演算の誤りに起因するため、仮表面形状情報評価装置８は差異ｅに対応する計測点の情報を仮表面形状情報から破棄して演算の信頼性を向上する。

図５は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の評価メッシュを示す概念図である。

図６は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の評価メッシュにおける任意のｘ−ｚ面を示す概念図である。

図７は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の任意のｘ−ｚ面における測定点の存否を示す概念図である。

図８は、本発明の実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置の任意のｘ−ｚ面における評価点を示す概念図である。

図５に示すように、形状情報作成装置６は、仮想的な三次元空間状の評価メッシュＥＭを表すメモリ空間を有する。図６に示すように、形状情報作成装置６は、仮表面形状情報評価装置８から仮表面形状情報を順次に受け取り、測定点ｍ毎に三次元空間上の位置座標を取得し、測定点ｍ毎に最も近接する評価メッシュＥＭに１票ずつ投じる（図６中、破線範囲）。

なお、説明を簡単にするため、形状情報作成装置６における評価点の導出過程の説明は、三次元空間のＹ＝０の平面（すなわち、ｘ−ｚ平面）上で行い、他を省略する。

仮表面形状情報評価装置８から仮表面形状情報を順次に受け取る度、形状情報作成装置６が仮表面形状情報毎、測定点ｍ毎に評価メッシュＥＭに１票ずつ投じると、図７に示すように評価メッシュＥＭ毎の得票数（図７中、評価メッシュＥＭに隣接して表記する数値）は差を生じる。そこで、形状情報作成装置６は、得票数が所定の得票閾値以上（例えば２票以上）の評価メッシュＥＭを仮採用（図７中、「●」で示す評価メッシュＥＭ）し、他の評価メッシュＥＭを破棄（図７中、「○」で示す評価メッシュＥＭ）する。

さらに、図７および図８に示すように、形状情報作成装置６は、三次元空間内の任意の方向を向く相互に平行な線分毎に評価メッシュＥＭ間の得票数の高低を評価して複数の仮表面形状情報を合成し、計測対象ＭＯの表面形状を表す表面形状情報を作成する。具体的には、形状情報作成装置６は、ｘ−ｚ平面に沿い相互に平行な線分、例えばＺ軸に平行な線分を評価線面ＥＬとし、評価線ＥＬ毎に得票数が最も多い評価メッシュＥＭを採用して評価点Ｅとし、計測対象ＭＯの表面形状を表す表面形状情報を作成する。

すなわち、原子炉内機器形状計測装置１は、計測対象ＭＯの表面Ｓに沿って撮影範囲が部分的に重なり合う複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………を撮影し、一対の画像（例えば、ｐ１、ｐ２）間の視差から計測対象ＭＯの表面形状を表す複数の測定点ｍを有する仮表面形状情報を複数の画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………から順次に演算し、仮表面形状情報を複数重ねて測定点ｍが密集する評価点Ｅを求め、評価点Ｅの集合を計測対象ＭＯの表面形状Ｓを表す表面形状情報とする原子炉内機器形状計測方法を採用する。

本実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置１および原子炉内機器形状計測方法は、コントラストが弱かったり、ランダムなノイズが生じたりする画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………から信頼性の計測点ｍのみを採用して評価点Ｅを得て、ロバストな表面形状計測を行うことが可能になる。

また、本実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置１および原子炉内機器形状計測方法は、計測対象ＭＯの表面Ｓに沿って走査するカメラ２で連続的に撮影する時系列な画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………から計測対象ＭＯの表面形状を表す表面形状情報を合成可能であり、段取り替えを要することなく計測対象ＭＯの表面形状計測を行うことが可能になる。

したがって、本実施形態に係る原子炉内機器形状計測装置１および原子炉内機器形状計測方法によれば、段取り替えを要することなく計測対象ＭＯを撮影可能であり、かつ撮影した画像ｐ１、ｐ２、ｐ３………からより正確な表面形状を計測することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 原子炉内機器形状計測装置
２ カメラ
３ 移動装置
５ 形状演算装置
６ 形状情報作成装置
７ 画質改善装置
８ 仮表面形状情報評価装置

Claims (8)

1. 計測対象を撮影するカメラと、
   前記計測対象の表面に沿って前記カメラを走査して撮影範囲が部分的に重なり合う複数の画像を撮影可能にする移動装置と、
   一対の前記画像間の視差から前記計測対象の表面形状を表す複数の測定点を有する仮表面形状情報を前記複数の画像から順次に演算する形状演算装置と、
   前記仮表面形状情報を複数重ねて前記測定点が密集する評価点を求め、前記評価点の集合を前記計測対象の表面形状を表す表面形状情報とする形状情報作成装置と、を備えることを特徴とする原子炉内機器形状計測装置。
2. 前記形状情報作成装置は、仮想的な三次元空間状の評価メッシュを表すメモリ空間を有し、前記測定点ごとに前記三次元空間上最も近接する前記評価メッシュに１票ずつ投じ、得票数の高い前記評価メッシュを前記評価点とすることを特徴とする請求項１に記載の原子炉内機器形状計測装置。
3. 前記形状情報作成装置は、前記三次元空間内の任意の方向を向く相互に平行であって複数の前記評価メッシュを通る線分毎に前記評価メッシュ間の前記得票数の高低を評価して前記線分ごとに前記得票数の高い前記評価メッシュを前記評価点とすることを特徴とする請求項２に記載の原子炉内機器形状計測装置。
4. 一の前記画像の視点における視点変換画像を他の前記画像から生成し、一の前記画像と前記視点変換画像との一致箇所について前記仮表面形状情報の前記測定点を採用し、その他は破棄する仮表面形状情報評価装置を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の原子炉内機器形状計測装置。
5. 前記画像のノイズを低減するとともにコントラストを改善する画質改善装置を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の原子炉内機器形状計測装置。
6. 前記画質改善装置は、複数の前記画像の同一座標に係る輝度を昇順または降順に整列し、整列順位が略中間の輝度で当該座標の輝度を置換して前記画像のノイズを低減することを特徴とする請求項５に記載の原子炉内機器形状計測装置。
7. 前記画質改善装置は、複数の前記画像を加算して得る座標毎の輝度の合計値でそれぞれの座標の輝度を正規化しコントラストを改善することを特徴とする請求項５または６に記載の原子炉内機器形状計測装置。
8. 計測対象の表面に沿って撮影範囲が部分的に重なり合う複数の画像を撮影し、
   一対の前記画像間の視差から前記計測対象の表面形状を表す複数の測定点を有する仮表面形状情報を前記複数の画像から順次に演算し、
   前記仮表面形状情報を複数重ねて前記測定点が密集する評価点を求め、
   前記評価点の集合を前記計測対象の表面形状を表す表面形状情報とすることを特徴とする原子炉内機器形状計測方法。