JP5628401B1 - マンホール鉄蓋最大段差量測定装置および方法、並びにこれに用いられる画素分解能算出装置、マンホール鉄蓋最大段差箇所検知装置、画素分解能算出方法、マンホール鉄蓋最大段差箇所検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量を効率的かつ高精度に測定する技術を提供する。【解決手段】デジタル画像をテクスチャマッピング処理およびエッジフィルタ処理してマンホール受枠の横方向および縦方向の両端部を検知し、デジタル画像内におけるマンホール受枠の横方向および縦方向のピクセル値と、マンホール受枠の実際の寸法値とに基づいて１ピクセルあたりの絶対長を算出し、デジタル画像をエッジフィルタ処理してデジタル画像中の陰影部から段差候補を検知し、陰影部のうち横方向への連続性が最も高いものをマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の段差として判定してその陰影部の縦方向の幅が最大となる部分における縦寸法のピクセル値を算出し、陰影部の縦寸法のピクセル値と１ピクセルあたりの絶対長とに基づいてマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量の絶対長を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、既設のマンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量を測定する技術に関する。

地下に埋設された下水管や電気・通信ケーブルなどが敷設される地下配管には、その管理をするために、地上に開口するマンホールが設けられる。

このようなマンホールの多くは車道下に設置されるため、路面に露出するマンホール鉄蓋は車道を走行する車両の影響を受けて少しずつ摩耗し、マンホール受枠に対して鉛直方向に段差を生じることになる。この段差量が大きくなると、車両通行時に蓋飛びが起きたり、タイヤの破損を生じたりするおそれがあるので、マンホール鉄蓋の段差量が規定値以上に摩耗したことを点検により早期に発見して対策を講じることが重要である。

マンホール鉄蓋の段差量の点検は、従来、ノギス等の測定機器を用いてその段差量を直接計測する方法が主流であった。しかしながら、この方法は車道上での実測作業となるため、予め管轄警察署へ道路使用許可申請を提出し、道路上で作業を行うための許可を受けた上で、当該車線の道路交通を止めたり安全帯を設置したりする等して計測作業を実施する必要があった。そのため、道路使用許可申請等の事務手続きに多くの手間と時間を要するとともに、交通量の多い路線では、道路使用の許可を得られる時間帯が深夜等に制約されたり、計測作業が交通渋滞の要因となったりする等の問題があった。

そこで、近年、デジタルカメラで道路上のマンホールを撮影し、そのデジタル画像上でマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の段差量を間接的に測定する方法が提案されている（例えば非特許文献１）。

「アイレック技建 段サーチ（デジカメ写真画像での鉄蓋段差測定技術）」、［online］、アイレック技建、［平成２５年１１月１８日検索］、インターネット〈http://www.airec.co.jp/products/html/000155.html〉

しかしながら、非特許文献１に記載される測定方法では、マンホールを撮影したデジタル画像を特定のソフトウェアに読み込ませ、操作者がパソコン上でマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の段差量が最大と思われる箇所をマウスで指定することで当該箇所の鉛直方向の段差量をソフトウェアに算出させるようにしているので、段差量の測定精度がパソコン操作者のスキルに依存するとともに、一度に多数の処理ができないという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量を効率的かつ高精度に測定することができる技術を提供することにある。

本発明のマンホール鉄蓋最大段差量測定装置は、マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量を測定するマンホール鉄蓋最大段差量測定装置であって、前記デジタル画像をテクスチャマッピング処理するテクスチャマップ作成部と、前記テクスチャマップ作成部によりテクスチャマッピング処理された前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部を検知する端部検知部と、前記端部検知部より検知された前記デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部に基づいて算出された該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向のピクセル値および縦方向のピクセル値と、前記マンホール受枠の実際の寸法値とに基づいて前記デジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出部と、前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像中の陰影部から段差候補を検知する段差候補検知部と、前記段差候補検知部により段差候補として検知された陰影部のうち横方向への連続性が最も高いものを前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の段差として判定する段差判定部と、前記段差判定部により段差と判定された前記陰影部の縦方向の幅が最大となる部分における縦寸法のピクセル値を算出する最大段差量算出部と、前記最大段差量算出部により算出した前記陰影部の縦寸法のピクセル値と前記画素分解能算出部により算出した１ピクセルあたりの絶対長とに基づいて、前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の最大段差量の絶対長を測定する段差量測定部と、を有することを特徴とする。

本発明のマンホール鉄蓋最大段差量測定方法は、マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量を測定するマンホール鉄蓋最大段差量測定方法であって、前記デジタル画像をテクスチャマッピング処理するテクスチャマッピング処理工程と、前記テクスチャマッピング処理工程においてテクスチャマッピング処理された前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部を検知する端部検知工程と、前記端部検知工程において検知された前記デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部に基づいて算出された該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向のピクセル値および縦方向のピクセル値と、前記マンホール受枠の実際の寸法値とに基づいて前記デジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出工程と、前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像中の陰影部から段差候補を検知する段差候補検知工程と、前記段差候補検知工程において段差候補として検知された陰影部のうち横方向への連続性が最も高いものを前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の段差として判定する段差判定工程と、前記段差判定工程において段差と判定された前記陰影部の縦方向の幅が最大となる部分における縦寸法のピクセル値を算出する最大段差量算出工程と、前記最大段差量算出工程において算出した前記陰影部の縦寸法のピクセル値と前記画素分解能算出部により算出した１ピクセルあたりの絶対長とに基づいて、前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の最大段差量の絶対長を測定する段差量測定工程と、を有することを特徴とする。

本発明の画素分解能算出装置は、マンホール受枠およびマンホール鉄蓋からなるマンホールを撮影したデジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出装置であって、前記デジタル画像をテクスチャマッピング処理するテクスチャマップ作成部と、前記テクスチャマップ作成部によりテクスチャマッピング処理された前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部を検知する端部検知部と、前記端部検知部より検知された前記デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部に基づいて算出された該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向のピクセル値および縦方向のピクセル値と、前記マンホール受枠の実際の寸法値とに基づいて前記デジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出部と、を有することを特徴とする。

本発明の画素分解能算出方法は、マンホール受枠およびマンホール鉄蓋からなるマンホールを撮影したデジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出方法であって、前記デジタル画像をテクスチャマッピング処理するテクスチャマッピング処理工程と、前記テクスチャマッピング処理工程においてテクスチャマッピング処理された前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部を検知する端部検知工程と、前記端部検知工程において検知された前記デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部に基づいて算出された該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向のピクセル値および縦方向のピクセル値と、前記マンホール受枠の実際の寸法値とに基づいて前記デジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出工程と、を有することを特徴とする。

本発明のマンホール鉄蓋最大段差箇所検知装置は、マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差箇所を検知するマンホール鉄蓋最大段差箇所検知装置であって、前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像中の陰影部から段差候補を検知する段差候補検知部と、前記段差候補検知部により段差候補として検知された陰影部のうち横方向への連続性が最も高いものを前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の段差として判定する段差判定部と、前記段差判定部により段差と判定された前記陰影部の縦方向の幅が最大となる部分を前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の最大段差箇所と判断する最大段差箇所検知部と、を有することを特徴とする。

本発明のマンホール鉄蓋最大段差箇所検知方法は、マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差箇所を検知するマンホール鉄蓋最大段差箇所検知方法であって、前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像中の陰影部から段差候補を検知する段差候補検知工程と、前記段差候補検知工程において段差候補として検知された陰影部のうち横方向への連続性が最も高いものを前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の段差として判定する段差判定工程と、前記段差判定工程において段差と判定された前記陰影部の縦方向の幅が最大となる部分を前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の最大段差箇所と判断する最大段差箇所検知工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量を効率的かつ高精度に測定することが可能となる。

本発明の一実施の形態であるマンホール鉄蓋最大段差量測定装置の構成を概略で示すブロック図である。 マンホールを撮影したデジタル画像の一例を示す図である。 図１に示す画素分解能算出機能部の構成を概略で示すブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図３に示すテクスチャマップ作成部の処理手順を説明するための図である。 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれ図３に示す左右端検知部の処理手順を説明するための図である。 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれ図３に示す上下端検知部の処理手順を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれマンホールの撮影状況を概略で示す図である。 図１に示す最大段差箇所検知機能部の構成を概略で示すブロック図である。 （ａ）はマンホールの構成および段差発生箇所を概略で示す図であり、（ｂ）はマンホールの段差発生箇所を示すデジタル画像であり、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ同図（ｂ）における段差発生箇所の拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図８に示す段差候補検知部の処理手順を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図８に示す段差判定部の処理手順を説明するための図である。 段差判定部による段差箇所検知結果が明示されたデジタル画像を示す図である。 図８に示す最大段差量算出部の処理を説明するための図である。

以下、本発明の一実施の形態であるマンホール鉄蓋最大段差量測定装置および方法、並びにこれに用いる画像処理アルゴリズムについて図面を参照しつつ詳細に例示説明する。

図１に示すように、本発明の一実施の形態であるマンホール鉄蓋最大段差量測定装置１０はマンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量を測定するものであり、画素分解能算出機能部２０、最大段差箇所検知機能部３０、段差量測定部４０および表示部５０を有する。図１に示す各部はマンホール鉄蓋最大段差量測定装置１０を構成するアルゴリズムの機能ブロックを示す。

マンホール鉄蓋最大段差量測定装置１０には、道路下に設置されたマンホールをデジタルカメラで撮影したデジタル画像と、このマンホールを構成するマンホール受枠等の実際の寸法値（例えば、規格寸法値として知られているマンホール受枠の直径等）が入力される。なお、マンホールは円形のマンホール受枠と、このマンホール受枠に嵌め込まれてマンホールを塞ぐ円板状のマンホール鉄蓋からなる。マンホール受枠とマンホール鉄蓋は、それぞれ鋳鉄等の鉄製である。

画素分解能算出機能部（画素分解能算出装置）２０は、入力されたデジタル画像とマンホール受枠の実際の寸法値（マンホール受枠の直径（ｍｍ））とに基づいて、画素分解能つまりデジタル画像中における１ピクセル（画素）あたりの絶対長（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）を算出する。

最大段差箇所検知機能部（最大段差箇所検知装置）３０は、入力されたデジタル画像からマンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じた段差の最大箇所を検知し、そのデジタル画像中における最大段差箇所の縦方向のピクセル値を算出する。

段差量測定部４０は、最大段差箇所検知機能部３０により算出したデジタル画像中における最大段差箇所の縦方向のピクセル値と、画素分解能算出機能部２０により算出したデジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長とに基づいて、マンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量の絶対長を測定する。

表示部５０はディスプレイやモニタとして構成され、検知した最大段差箇所と最大段差量の絶対長とをデジタル画像とともに表示する。

以下では、図２に示すマンホールを撮影したデジタル画像をサンプルとして、画素分解能算出機能部２０、最大段差箇所検知機能部３０、段差量測定部４０および表示部５０をさらに詳細に説明する。

図２に示すデジタル画像は、マンホールをデジタルカメラで撮影したものであり、画像解像度は５１８４×３４５６（ｐｉｘｅｌ）である。マンホールを撮影するデジタルカメラとしては、例えば市販の一眼レフカメラなど種々のものを用いることができる。

図３は画素分解能算出機能部２０の構成と処理の詳細を示したものであり、この画像分解能算出機能部２０は、テクスチャマップ作成部２１、左右端検知部（端部検知部）２２、上下端検知部（端部検知部）２３、写像復元部２４および画素分解能出力部２５を備える。

テクスチャマップ作成部２１は入力されたデジタル画像をテクスチャマッピング処理する（テクスチャマッピング処理工程）。より詳細には、テクスチャマップ作成部２１は、まず、入力されたデジタル画像を白から黒までの２５６階調の明暗を０から１までの数値で表現したグレースケール画像に変換する。変換後のグレースケール画像を図４（ａ）に示す。テクスチャマップ作成部２１は、このグレースケール画像における画素の二次元配列を示すインデックスを（ｉ，ｊ）と定義する。次に、このグレースケール画像において、コンクリートを表示する画素からマンホールを表示するテクスチャを持つ画素を区別するため、テクスチャマップ作成部２１は、図４（ｂ）で定義される中心画素Ａ（ｉ，ｊ）の周辺８近傍の画素の「最大値−最小値」を中心画素Ａ（ｉ，ｊ）の値として数値化したＴ_ｉｊを計算し、テクスチャ画像Ｔ_ｉｊを得る。得られたテクスチャ画像Ｔ_ｉｊを図４（ｃ）に示す。Ｔ_ｉｊの結果により、各画素（ｉ，ｊ）が持つテクスチャ値が計算される。

次に、テクスチャマップ作成部２１は、マンホールの領域に残るノイズを潰すために、数式１のルールに従って混雑値Ｇ_ｉｊを計算する。

コンクリートは細骨材と呼ばれる砂利や砂が含まれるために、鉄製のマンホールと比較して混雑値Ｇ_ｉｊの数値が大きくなる傾向がある。この傾向を利用し、テクスチャマップ作成部２１は、Ｇ_ｉｊを数式２のルールに従って、しきい値αによって二値化したＵ_ｉｊを計算し、二値化画像Ｕ_ｉｊを得る。得られた二値化画像Ｕ_ｉｊを図４（ｄ）に示す。この二値化画像Ｕ_ｉｊにおいては、画素が１の場合は白、画素が０の場合は黒に表示される。

上記の数式１および数式２においては、ξ、η、αは、予め実験等において数百枚のデジタル画像を処理した経験則に基づいて決めることができる。本実施形態では、ξ＝１、η＝１、α＝１．２に設定した。

図５は左右端検知部の処理手順を示したものである。次に左右端検知部２２について説明する。左右端検知部２２は、デジタル画像をテクスチャマップ作成部２１によりテクスチャマッピング処理して得られた二値化画像Ｕ_ｉｊをエッジフィルタ処理してデジタル画像内におけるマンホール受枠の横方向両端部を検知する（端部検知工程）。

具体的には、左右端検知部２２は、二値化画像Ｕ_ｉｊを、数式３によって定義される２０行３０列のエッジフィルタＳ_１を用いてフィルタ処理して、デジタル画像内におけるマンホール受枠の左端部を検知する。エッジフィルタＳ_１によるフィルタ処理によって得られた画像Ｆ１_ｉｊを図５（ａ）に示す。

図４（ｄ）に示す二値化画像Ｕ_ｉｊにおけるマンホールの左端を拡大した画像を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示されるように、二値化画像Ｕ_ｉｊにおけるマンホールの左端は、画像が左から右に向けて白（１）から黒（０）に反転し、かつｉ方向（上下方向）に直線性が強くなっているので、数式３で定義したエッジフィルタＳ_１は、マンホールの左端部分を最も強く強調する。したがって、左右端検知部２２は、エッジフィルタＳ_１によりフィルタ処理された画像Ｆ１_ｉｊ中の、その画像の中心より左領域においてＦ１_ｉｊが最大値となる部分（画素）をマンホール受枠の左端であると検知する。

ここで、マンホール受枠の左端以外の画素が最大となる場合があるが、この場合には、マンホール受枠の左端を画像の左側にできるだけ近づけるという撮影ルールを盛り込んでデジタル画像を撮影し、例えばデジタル画像の左端からｊ方向へ２００（ｐｉｘｅｌ）分の範囲内のみにＦ１_ｉｊの最大値の検索範囲を限定することにより、このエラーを回避することができる。

同様に、左右端検知部２２は、二値化画像Ｕ_ｉｊを、数式４によって定義される２０行３０列のエッジフィルタＳ_２を用いてフィルタ処理して、デジタル画像内におけるマンホール受枠の右端部を検知する。エッジフィルタＳ_２によるフィルタ処理によって得られた画像Ｆ２_ｉｊを図５（ｃ）に示す。

図４（ｄ）に示す二値化画像Ｕ_ｉｊにおけるマンホールの右端を拡大した画像を図５（ｄ）に示す。図５（ｄ）に示されるように、二値化画像Ｕ_ｉｊにおけるマンホールの右端は、画像が左から右に向けて黒（０）から白（１）に反転し、かつｉ方向（上下方向）に直線性が強くなっているので、数式４で定義したエッジフィルタＳ_２は、マンホールの右端部分を最も強く強調する。したがって、左右端検知部２２は、エッジフィルタＳ_２によりフィルタ処理された画像Ｆ２_ｉｊ中の、その画像の中心より右領域においてＦ２_ｉｊが最大値となる部分（画素）をマンホール受枠の右端であると検知する。

ここで、マンホール受枠の右端以外の画素が最大となる場合があるが、この場合には、マンホール受枠の右端を画像の右側にできるだけ近づけるという撮影ルールを盛り込んでデジタル画像を撮影し、例えばデジタル画像の右端からｊ方向へ２００（ｐｉｘｅｌ）分の範囲内のみにＦ２_ｉｊの最大値の検索範囲を限定することにより、このエラーを回避することができる。

以上のような手順から、図５（ｅ）に示すように、左右端検知部２２はデジタル画像中のマンホール受枠の横方向両端部の画素つまり左右端の画素を検知することができる。また、左右端検知部２２は、検知したマンホール受枠の左右端の間の長さ（ｐｉｘｅｌ）を求めることができる。例えば、本実施形態で用いたデジタル画像におけるマンホール受枠の左右端の間の長さは４０５７（ｐｉｘｅｌ）であった。

本実施形態では、エッジフィルタＳ_１、Ｓ_２の行列の大きさをそれぞれ２０行３０列と定義したが、これに限らず、エッジフィルタＳ_１、Ｓ_２の行列の大きさは、予め実験等において数百枚のデジタル画像を処理した経験則に基づいて決めることができる。

次に、上下端検知部２３の処理手順について説明する。図６は上下端検知部２３の処理手順を示したものである。上下端検知部２３は、デジタル画像をテクスチャマップ作成部２１によりテクスチャマッピング処理して得られた二値化画像Ｕ_ｉｊをエッジフィルタ処理してデジタル画像内におけるマンホール受枠の縦方向両端部を検知する（端部検知工程）。

具体的には、上下端検知部２３は、二値化画像Ｕ_ｉｊを、数式５によって定義される６行１００列のエッジフィルタＳ_３を用いてフィルタ処理して、デジタル画像内におけるマンホール受枠の上端部を検知する。エッジフィルタＳ_３によるフィルタ処理によって得られた画像Ｆ３_ｉｊを図６（ａ）に示す。

図４（ｄ）に示す二値化画像Ｕ_ｉｊにおけるマンホールの上端を拡大した画像を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示されるように、二値化画像Ｕ_ｉｊにおけるマンホールの上端は、画像が上から下に向けて白（１）から黒（０）に反転し、かつｊ方向（左右方向）に向けた直線で表される可能性が高いため、数式５で定義したエッジフィルタＳ_３は、マンホールの上端部分を最も強く強調する。したがって、上下端検知部２３は、エッジフィルタＳ_３によりフィルタ処理された画像Ｆ３_ｉｊ中の、その画像の中心より上領域においてＦ３_ｉｊが最大値となる部分（画素）をマンホール受枠の上端であると検知する。

同様に、上下端検知部２３は、二値化画像Ｕ_ｉｊを、数式６によって定義される６行１００列のエッジフィルタＳ_４を用いてフィルタ処理して、デジタル画像内におけるマンホール受枠の下端部を検知する。エッジフィルタＳ_４によるフィルタ処理によって得られた画像Ｆ４_ｉｊを図６（ｃ）に示す。

図４（ｄ）に示す二値化画像Ｕ_ｉｊにおけるマンホールの下端を拡大した画像を図６（ｄ）に示す。図６（ｄ）に示されるように、二値化画像Ｕ_ｉｊにおけるマンホールの下端は、画像が上から下に向けて黒（０）から白（１）に反転し、かつｉ方向（左右方向）に向けた直線で表される可能性が高いため、数式６で定義したエッジフィルタＳ_４は、マンホールの下端部分を最も強く強調する。したがって、上下端検知部２３は、エッジフィルタＳ_４によりフィルタ処理された画像Ｆ４_ｉｊ中の、その画像の中心より下領域においてＦ４_ｉｊが最大値となる部分（画素）をマンホール受枠の下端であると検知する。

以上のような手順から、図６（ｅ）に示すように、上下端検知部２３はデジタル画像中のマンホール受枠の上下方向両端部の画素つまり上下端の画素を検知することができる。また、上下端検知部２３は、検知したマンホール受枠の上下端の間の長さ（ｐｉｘｅｌ）を求めることができる。例えば、本実施形態で用いたデジタル画像におけるマンホール受枠の上下端の間の長さは１３２９（ｐｉｘｅｌ）であった。

次に、写像復元部２４の処理手順について説明する。図３に示すように、写像復元部２４は、水平方向の画素分解能算出部２６および垂直方向の画素分解能算出部２７を有する。

図７はマンホールの撮影状況を概要で示す図である。図７（ａ）のように、路面の歩道６０上に、マンホール６１（マンホール受枠６１ａとマンホール上蓋６１ｂから成る）に対する距離Ｒ（ｍｍ）、路面からの高さＱ（ｍｍ）としてデジタルカメラ６２を設置し、このデジタルカメラ６２で路面の車道６３に設けられたマンホール６１を撮影した場合、図７（ｂ）に示すように、面ＡＢに生じた高さＨ（ｍｍ）の段差は面ＡＣに写像されるため、マンホール受枠６１ａはデジタル画像中において高さｈ（ｍｍ）として映る。

図７（ｃ）に示すように、デジタル画像中においてマンホールの左右方向を水平方向と定義し、上下方向を垂直方向と定義する。水平方向の画素分解能算出部２６はデジタル画像の水平方向の画素分解能を算出し（画像分解能算出工程）、垂直方向の画素分解能算出部２７はデジタル画像の垂直方向の画素分解能を算出する（画像分解能算出工程）。なお、画素分解能とは、デジタル画像の１画素あたりの距離（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ））のことである。

デジタル画像中における水平方向の距離は面ＡＢと写像面ＡＣにおいて変化しないので、水平方向の画素分解能は、左右端検知部２２により求められたマンホール受枠の左右端の間の長さ（ｐｉｘｅｌ）と、入力されたマンホール受枠の実際の寸法値（マンホール受枠の直径ｍｍ）とに基づいて水平方向の画素分解能を算出することができる。つまり、水平方向の画素分解能算出部２６は、「マンホール受枠の実際の寸法（マンホール受枠の直径）（ｍｍ）／左右端検知部２２により求められた左右端の間の長さ（ｐｉｘｅｌ）」で水平方向の画素分解能を算出する。

一方、デジタル画像において垂直方向の画素分解能は面ＡＢに対して写像面ＡＣが小さくなるために、垂直方向の画素分解能は「水平方向の画素分解能×ｃｏｓθ」で算出される。θ（ｒａｄ）は撮影角度である。この撮影角度θは、撮影したデジタル画像から「縦横比:ｘ＝上下端検知部２３により求められたマンホール受枠の上下端の間の長さ／左右端検知部２２により求められたマンホール受枠の左右端の間の長さ」とした場合、数式７の撮影角度の近似式によって算出することができる。

画素分解能出力部２５は、水平方向の画素分解能算出部２６で求めた水平方向の画素分解能と垂直方向の画素分解能算出部２７で求めた垂直方向の画素分解能の値を出力する。

次に、最大段差箇所検知機能部３０の処理手順について説明する。図８は最大段差箇所検知機能部３０の構成を概略で示すブロック図である。最大段差箇所検知機能部３０は、段差候補検知部３１と段差判定部３２とから成る段差箇所検知部３３、最大段差量算出部３４および段差量出力部３５を備える。
段差箇所検知部３１は入力されたデジタル画像中からマンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に発生した段差箇所を検知し、最大段差量算出部３４は検知された段差箇所中の最大の段差量を求め、段差量出力部３５がその最大の段差量を出力する。

図９（ａ）はマンホール６１の構成および段差発生箇所を概略で示す図である。通信用とされるこのマンホール６１は、上述と同様、マンホール受枠６１ａとマンホール鉄蓋６１ｂによって構成されており、段差は「マンホール受枠６１ａとマンホール鉄蓋６１ｂとの間」および「マンホール受枠６１ａと路面との間」に生じる可能性がある。ゆえに、各々の箇所に発生した段差を検知する必要がある。

図９（ｂ）は、マンホールの段差箇所を示すデジタル画像である。このデジタル画像は市販のデジタル一眼レフカメラでマンホールを撮影したものであり、その画像解像度は５１８４×３４５６（ｐｉｘｅｌ）である。図９（ｂ）のデジタル画像では、図９（ｃ）に拡大して示すようにマンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に段差が発生しており、また図９（ｄ）に拡大して示すように、マンホール受枠と路面との間にも段差が発生している。以下では、図９（ｃ）に示すマンホール受枠とマンホール鉄蓋の上部を切り抜いたデジタル画像をサンプル画像として、最大段差箇所検知機能部３０の各機能の詳細を説明する。

図１０は、図９（ｃ）に示すデジタル画像を段差候補検知部３１により処理する手順の詳細を示す。まず、段差候補検知部３１は、入力されたデジタル画像を、図１０（ａ）に示すように、白から黒までの２５６階調の明暗を０から１までの数値で表現したグレースケール画像に変換する。具体的には、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じる段差はグレースケール画像中では帯状の陰影部として見えるため、その陰影線を抽出するために、段差候補検知部３１は、数式８によって定義される１２行２５列のエッジフィルタＳ_５によりグレースケール画像をフィルタ処理する。加えて、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間の段差は画像中では楕円状になるため、段差候補検知部３１は、数式８のエッジフィルタＳ_５の角度を５°刻みに時計回りに回転させた２種類のエッジフィルタと反時計回りに回転させた２種類のエッジフィルタとを適用させ、画素ごとに、複数種類のエッジフィルタ適用後の画素値を比較し、最大の画素値を段差候補箇の特徴量Ｅ_ｉｊとして抽出する。特徴を抽出した特徴量抽出画像Ｅ_ｉｊを図１０（ｂ）に示す。ここで、ｉおよびｊは画素の二次元配列を示すインデックスである。

前述したとおり、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じる段差箇所は帯状の陰影部であるため、段差候補検知部３１は、特徴量Ｅ_ｉｊを数式９のルールに従って、しきい値αによって二値化したＲ_ｉｊを計算する。このように計算された二値化画像Ｒ_ｉｊを図１０（ｃ）に示す。なお、αは、予め実験等において数百枚のデジタル画像を処理した経験則に基づいて決めることができる。本実施形態では、α＝０．４５と設定した。

段差候補検知部３１は、図１０（ｃ）の二値化画像Ｒ_ｉｊにおいて、１のビット（白い箇所）が画像に生じた白色部を、デジタル画像において陰影部として表示される段差に対応した段差候補箇所として検知する（段差候補検知工程）。

段差判定部３２は、前述の段差候補検知部３１によって段差候補として検知された複数の白色部が「マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間」もしくは「マンホール受枠と路面との間」に生じた段差であるか否かの判定を行う。

図１１は段差判定部３２の処理手順の詳細を示す。まず、段差判定部３２は、図１０（ｃ）の二値化画像Ｒ_ｉｊに、１のビット（白い箇所）が連続した画素に同じ番号を振るラベリング処理を行い、それぞれの白色部に分類する。ラベリング処理された図を図１１（ａ）に示す。次に、段差判定部３２は、同じラベル番号の付いた白色部（シマ）のうち、面積が所定値以下となるものを削除する。これは、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じる段差は長い帯状の陰影線となるため、一定以上の面積を持つためである。小さい白色部を削除した後の画像を図１１（ｂ）に示す。

加えて、段差判定部３２は、数式１０に記載の判定式を満たした場合に、段差と判定する。つまり、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じる段差は水平方向の長さが垂直方向に比べて長くなるので、段差判定部３２は、数式１０に記載の条件式を満たした白色部のうち、横方向への連続性が最も高い白色部をマンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じる段差と判断する（段差判定工程）。段差と判断された白色部は、デジタル画像における段差の陰影部に対応している。図１２に、段差判定部３２による段差箇所検知結果が明示されたデジタル画像を示す。図示する場合では、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じた段差の下端部に検知結果を赤線で示している。

数式１０において、αは白色部の垂直方向の長さ、βは白色部の水平方向の長さ、ｘは白色部の番号、αは定数である。αは予め行った実験等に基づいて１以上の任意の数に設定することができる。

次に、最大段差量算出部３４の処理について説明する。マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間の段差は、前述したとおり、デジタル画像中では帯状の陰影部として見えるため、その上下方向（垂直方向）の段差量は陰影部の帯の太さと等しいと考えられる。

そこで、帯状の陰影部を抽出するために、最大段差量算出部３４は、図１２に示すデジタル画像をグレースケール画像に変換するとともに、このグレースケール画像に対して、数式１１によって定義したルールに従い、二値化処理を施す。二値化処理後の画像を図１３に示す。

図１３には図１２に示した段差の検知結果を赤線で描画してある。最大段差量算出部３２は、この赤線の上側に初めて１のビット（白い箇所）が立ってから、１のビットが連続している長さを縦方向にカウントしたものを段差量（ｐｉｘｅｌ）として検知する。そして、この段差量の検知をｊ方向の各列において行うことで、最大段差量算出部３４は、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間の段差の最大の段差量のピクセル値を算出する（最大段差量算出工程）ととともに、その最大の段差量を持つ画素の列つまり最大段差箇所を検知する（最大段差箇所検知工程）。つまり、最大段差量算出部３４は、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間の段差の最大の段差量のピクセル値を検知する機能に加えて、デジタル画像中における最大段差箇所を検知する最大段差箇所検知部としての機能も有している。なお、γは予め実験等において数百枚のデジタル画像を処理した経験則に基づいて決めることができる。本実施形態では、γ＝０．２６と設定した。

段差量出力部３５は前述の算出された最大の段差量のピクセル値とその段差量を持つ列と前述の段差検知箇所の画素（ｉ，ｊ）との交点を最大段差検知箇所の画素情報として出力する。カウントの合計値が等しい場所が画像中に２カ所以上あった場合は、すべての場所が最大段差箇所となる。

次に、段差量測定部４０について説明する。段差量測定部４０は、段差量出力部３５から入力されるマンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じた段差の最大段差量のピクセル値と、画素分解能出力部２５から入力される垂直方向の画素分解能（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）とに基づいて、マンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量の絶対値（ｍｍ）を間接的に測定する（段差量測定工程）。具体的には、段差量測定部４０は、段差量出力部３５から入力される最大段差量のピクセル値に画素分解能出力部２５から入力される垂直方向の画素分解能を乗じて、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じた段差の実際の段差量（ｍｍ）を求める。

表示部５０は、段差量測定部４０が測定したマンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じた段差の最大段差箇所と、その最大段差箇所における実際の段差量とを表示する。表示部５０は、例えばパソコンのモニタにより実現できる。

以上に示した通り、本発明によれば、マンホールを撮影したデジタル画像から、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じた段差の段差箇所とその段差箇所の最大段差量の実際の値とを自動的に測定することができる。したがって、マンホール受枠とマンホール鉄蓋との間に生じた段差を、ノギス等の測定機器を用いて直接測定することを不要として、マンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量を効率的かつ高精度に測定することができるようになる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態では、画素分解能算出機能部２０と最大段差箇所検知機能部３０とをマンホール鉄蓋最大段差量測定装置１０に組み込んだ構成としているが、これに限らず、画素分解能算出機能部２０を画素分解能算出装置として個別の装置として構成し、最大段差箇所検知機能部３０を最大段差箇所検知装置として個別の装置として構成することもできる。

また、本実施形態ではマンホール受枠とマンホール鉄蓋との間の段差の検知に本発明を適用しているが、同様の手法により、マンホール受枠と路面との間に生じた段差の検知に本発明を適用することもできる。

１０ マンホール鉄蓋最大段差量測定装置
２０ 画素分解能算出機能部
２１ テクスチャマップ作成部
２２ 左右端検知部（端部検知部）
２３ 上下端検知部（端部検知部）
２４ 写像復元部
２５ 画素分解能出力部
２６ 水平方向の画素分解能算出部
２７ 垂直方向の画素分解能算出部
３０ 最大段差箇所検知機能部
３１ 段差候補検知部
３２ 段差判定部
３３ 段差箇所検知部
３４ 最大段差量算出部
３５ 段差量出力部
４０ 段差量測定部
５０ 表示部
６０ 歩道
６１ マンホール
６１ａ マンホール受枠
６１ｂ マンホール上蓋
６２ デジタルカメラ
６３ 車道
Ｒ 距離
Ｑ 高さ

Claims (6)

1. マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量を測定するマンホール鉄蓋最大段差量測定装置であって、
   前記デジタル画像をテクスチャマッピング処理するテクスチャマップ作成部と、
   前記テクスチャマップ作成部によりテクスチャマッピング処理された前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部を検知する端部検知部と、
   前記端部検知部より検知された前記デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部に基づいて算出された該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向のピクセル値および縦方向のピクセル値と、前記マンホール受枠の実際の寸法値とに基づいて前記デジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出部と、
   前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像中の陰影部から段差候補を検知する段差候補検知部と、
   前記段差候補検知部により段差候補として検知された陰影部のうち横方向への連続性が最も高いものを前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の段差として判定する段差判定部と、
   前記段差判定部により段差と判定された前記陰影部の縦方向の幅が最大となる部分における縦寸法のピクセル値を算出する最大段差量算出部と、
   前記最大段差量算出部により算出した前記陰影部の縦寸法のピクセル値と前記画素分解能算出部により算出した１ピクセルあたりの絶対長とに基づいて、前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の最大段差量の絶対長を測定する段差量測定部と、を有することを特徴とするマンホール鉄蓋最大段差量測定装置。
2. マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差量を測定するマンホール鉄蓋最大段差量測定方法であって、
   前記デジタル画像をテクスチャマッピング処理するテクスチャマッピング処理工程と、
   前記テクスチャマッピング処理工程においてテクスチャマッピング処理された前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部を検知する端部検知工程と、
   前記端部検知工程において検知された前記デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部に基づいて算出された該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向のピクセル値および縦方向のピクセル値と、前記マンホール受枠の実際の寸法値とに基づいて前記デジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出工程と、
   前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像中の陰影部から段差候補を検知する段差候補検知工程と、
   前記段差候補検知工程において段差候補として検知された陰影部のうち横方向への連続性が最も高いものを前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の段差として判定する段差判定工程と、
   前記段差判定工程において段差と判定された前記陰影部の縦方向の幅が最大となる部分における縦寸法のピクセル値を算出する最大段差量算出工程と、
   前記最大段差量算出工程において算出した前記陰影部の縦寸法のピクセル値と前記画素分解能算出部により算出した１ピクセルあたりの絶対長とに基づいて、前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の最大段差量の絶対長を測定する段差量測定工程と、を有することを特徴とするマンホール鉄蓋最大段差量測定方法。
3. マンホール受枠およびマンホール鉄蓋からなるマンホールを撮影したデジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出装置であって、
   前記デジタル画像をテクスチャマッピング処理するテクスチャマップ作成部と、
   前記テクスチャマップ作成部によりテクスチャマッピング処理された前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部を検知する端部検知部と、
   前記端部検知部より検知された前記デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部に基づいて算出された該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向のピクセル値および縦方向のピクセル値と、前記マンホール受枠の実際の寸法値とに基づいて前記デジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出部と、を有することを特徴とする画素分解能算出装置。
4. マンホール受枠およびマンホール鉄蓋からなるマンホールを撮影したデジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出方法であって、
   前記デジタル画像をテクスチャマッピング処理するテクスチャマッピング処理工程と、
   前記テクスチャマッピング処理工程においてテクスチャマッピング処理された前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部を検知する端部検知工程と、
   前記端部検知工程において検知された前記デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向両端部および縦方向両端部に基づいて算出された該デジタル画像内における前記マンホール受枠の横方向のピクセル値および縦方向のピクセル値と、前記マンホール受枠の実際の寸法値とに基づいて前記デジタル画像中における１ピクセルあたりの絶対長を算出する画素分解能算出工程と、を有することを特徴とする画素分解能算出方法。
5. マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差箇所を検知するマンホール鉄蓋最大段差箇所検知装置であって、
   前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像中の陰影部から段差候補を検知する段差候補検知部と、
   前記段差候補検知部により段差候補として検知された陰影部のうち横方向への連続性が最も高いものを前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の段差として判定する段差判定部と、
   前記段差判定部により段差と判定された前記陰影部の縦方向の幅が最大となる部分を前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の最大段差箇所と判断する最大段差箇所検知部と、を有することを特徴とするマンホール鉄蓋最大段差箇所検知装置。
6. マンホールを撮影したデジタル画像からマンホール受枠に対するマンホール鉄蓋の最大段差箇所を検知するマンホール鉄蓋最大段差箇所検知方法であって、
   前記デジタル画像をエッジフィルタ処理して該デジタル画像中の陰影部から段差候補を検知する段差候補検知工程と、
   前記段差候補検知工程において段差候補として検知された陰影部のうち横方向への連続性が最も高いものを前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の段差として判定する段差判定工程と、
   前記段差判定工程において段差と判定された前記陰影部の縦方向の幅が最大となる部分を前記マンホール受枠に対する前記マンホール鉄蓋の最大段差箇所と判断する最大段差箇所検知工程と、を有することを特徴とするマンホール鉄蓋最大段差箇所検知定方法。