JP5894012B2 - Method for detecting linear deformation on concrete surface - Google Patents

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Description

本発明はトンネル壁面等のコンクリート表面の線状変状を検出する方法に関する。本明細書において、線状変状とはコンクリート表面に発生したひび割れ又はコンクリート表面に描かれたチョーク箇所である。   The present invention relates to a method for detecting a linear deformation of a concrete surface such as a tunnel wall surface. In this specification, the linear deformation is a crack generated on the concrete surface or a chalk spot drawn on the concrete surface.

トンネルのコンクリート表面からコンクリート片が剥離したり落下したりするのを予防するためには、トンネルの健全度を正しく判定することが非常に重要である。コンクリート片の剥離や落下は、トンネル覆工面のコンクリート壁面に発生した閉合ひび割れ、交差ひび割れ、平行ひび割れなどの様々な変状を検査員が目視で検出し、検出した変状とその周辺をハンマーで叩いて、その打音から危険性の度合いを判定する打音診断方法が広く実施されてきた。変状検出については、作業員の目視に代わる各種の変状検出システムも開発されてきている。また、診断方法については、検査員によるハンマーによる打音診断方法に代わる各種のコンクリート内部欠陥診断システムも開発されてきている。 In order to prevent the concrete pieces from peeling off or falling from the concrete surface of the tunnel, it is very important to correctly determine the soundness of the tunnel. The peeling and falling of the concrete pieces are detected by the inspector by visual inspection of various deformations such as closed cracks, cross cracks, and parallel cracks that have occurred on the concrete wall of the tunnel lining surface. A hitting sound diagnosis method for hitting and determining the degree of danger from the hitting sound has been widely implemented. As for deformation detection, various deformation detection systems have been developed in place of workers' visual inspection. As for the diagnosis method, various concrete internal defect diagnosis systems have been developed in place of the hammering sound diagnosis method by an inspector.

非接触的検査手法を用いたコンクリート内部欠陥診断システムは、従来の打音診断に代わる定量的な手法として極めて有効な方法である。ところが、非接触的診断手法はコンクリート壁面に隈なく作用するものではなく、コンクリートの内部に欠陥が存在する可能性がある特定の診断領域のコンクリート壁面にのみ作用するものである。 A concrete internal defect diagnosis system using a non-contact inspection method is an extremely effective method as a quantitative method in place of the conventional hammering sound diagnosis. However, the non-contact diagnosis method does not work on the concrete wall surface, but only on the concrete wall surface in a specific diagnosis area where there is a possibility that a defect exists in the concrete.

特許文献1にはウェーブレット変換を用いたひび割れ検出方法が示されている。このひび割れ検出方法は、基本的には輝度分布に基づく識別であるが、明部と暗部との境界付近にあるひび割れの検出精度が低下する、目地やケーブルなど明らかにひび割れでない部分をひび割れと判定してしまうなどの問題がある。また、閾値テーブルを予め用意しなければならないという面倒さもある。 Patent Document 1 discloses a crack detection method using wavelet transform. This crack detection method is basically identification based on the luminance distribution, but the detection accuracy of cracks in the vicinity of the boundary between the bright part and the dark part decreases, and parts that are not clearly cracked, such as joints and cables, are judged as cracks. There are problems such as. In addition, there is a trouble that a threshold table must be prepared in advance.

特許文献2には、背景の色濃度データベースと、注目点の色濃度を照合しながら背景とひび割れ部を識別した上で、微細なひび割れ幅を計測するサブピクセル処理技術が記載されている。このひび割れ検出方法は、汚れや漏水などの複雑背景下では、ひび割れ部の検出精度が低下するなどの問題がある。 Patent Document 2 describes a sub-pixel processing technique for measuring a fine crack width after identifying a background and a crack part while comparing a background color density database with a color density of a target point. This crack detection method has a problem that the detection accuracy of a crack portion is lowered under a complicated background such as dirt or water leakage.

特許文献3には、コンクリート表面の画像に対して方向及び幅の異なる複数種類の2次元エッジフィルタを個別に適用し、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それぞれ比較し、最大の画素値をひび割れ特徴量として選定するひび割れ特徴量抽出手段を備えたひび割れ検知装置が開示されているが、実用性に問題がある。即ち、カメラからの距離、撮影カメラの画素数、想定するひび割れの幅などの情報が予め判明している場合は殆どないのが現実であるから、最適なフィルタサイズをその都度調べなければならないという面倒な作業があるからである。また、エッジフィルタは、背景やプレートなどのノイズのエッジもひび割れとして特徴量が抽出されるので、ひび割れ検出の精度にも問題がある。 In Patent Document 3, a plurality of types of two-dimensional edge filters having different directions and widths are individually applied to an image of a concrete surface, and pixel values after application of a plurality of types of edge filters are compared for each pixel. Although a crack detection device including a crack feature amount extraction unit that selects the maximum pixel value as a crack feature amount is disclosed, there is a problem in practicality. In other words, there is almost no case where information such as the distance from the camera, the number of pixels of the photographing camera, and the assumed crack width is known in advance, so the optimum filter size must be examined each time. It is because there is a troublesome work. In addition, since the edge filter extracts feature amounts as cracks in noise edges such as backgrounds and plates, there is a problem in the accuracy of crack detection.

ところで、ひび割れはトンネル健全度評価における最重要の情報であるが、トンネル覆工面のコンクリート壁面に発生したひび割れには、コンクリート構造物の健全度判断に影響しないひび割れ、及び線状ノイズも存在する。検査土木工学者や現場点検作業者によれば、コンクリート構造物の健全度判断の情報となる有意なひび割れは、太いひび割れ、及び、前記太いひび割れの端部から延びた細いひび割れと枝分かれした細いひび割れである。そこで、本願の発明者は、周辺に比較して黒っぽい線状の領域というひび割れの特徴に着目し、ひび割れを中心軸とその輪郭線で構成する領域として把握した。そして、非特許文献1に記載する如く、コンクリート表面の撮影画像にノイズ除去等の前処理を施した前処理済画像に2次微分処理を施して、ひび割れの輪郭線の構成点であるエッジ画素をサブピクセル精度で抽出することを特徴とするひび割れ検出方法を開発した。この方法により、太いひび割れ、及び、前記太いひび割れの端部から延びた細いひび割れと枝分かれした細いひび割れを検出できることを実証した。ところで、2次微分によるエッジ抽出処理によりサブピクセル精度のひび割れ構成点を抽出することは、ひび割れのような線状ノイズの構成点となるエッジ画素も同時に抽出することになる。このため、コンクリート表面にひび割れと線状ノイズが存在する場合には、前記前処理済画像に2次微分処理を施して抽出されたエッジ画素で輪郭線が構成された複数のひび割れ候補も検出されことになる。しかしながら、検出された複数のひび割れ候補の中から、コンクリート構造物の健全度判断の情報となる有意なひび割れ、有意ではないひび割れ、及び線状ノイズを簡単且つ確実に識別することは、この方法では難しいという問題がある。 By the way, although cracks are the most important information in tunnel soundness evaluation, cracks generated on the concrete wall of the tunnel lining surface also have cracks and linear noise that do not affect the soundness judgment of the concrete structure. According to inspection civil engineers and field inspection workers, significant cracks that are used to judge the soundness of concrete structures are: thick cracks and thin cracks that branch off from the ends of the thick cracks. It is. Therefore, the inventor of the present application pays attention to the characteristic of the crack, which is a darker linear region than the periphery, and grasps the crack as a region constituted by the central axis and its outline. Then, as described in Non-Patent Document 1, an edge pixel which is a constituent point of a crack outline is obtained by subjecting a pre-processed image obtained by performing pre-processing such as noise removal to a photographed image of a concrete surface. We have developed a crack detection method characterized by extracting sub-pixels with sub-pixel accuracy. By this method, it was demonstrated that a thick crack, a thin crack extending from an end portion of the thick crack, and a branched thin crack can be detected. By the way, extracting crack composing points with sub-pixel accuracy by edge extraction processing by secondary differentiation simultaneously extracts edge pixels that are composing points of linear noise such as cracks. For this reason, when cracks and linear noise exist on the concrete surface, a plurality of crack candidates in which a contour line is constituted by edge pixels extracted by performing a second-order differential process on the preprocessed image are also detected. It will be. However, this method can easily and reliably identify significant cracks, non-significant cracks, and linear noise that are information for determining the soundness of concrete structures from a plurality of detected crack candidates. There is a problem that it is difficult.

また、トンネル覆工面などのコンクリート壁面には現場作業員が目視で発見したひび割れや漏水などの変状を囲むように描かれたチョークの白い線があるが、これを自動的に確実に検出する方法は開発されていない。多くの場合は、このチョーク線又はチョーク線で囲まれたチョーク箇所を検出することは、変状の検出に直結するものである。ところが、チョーク線で変状周辺をトレースする際には、例えば黒い線であるひび割れ部分と重なるように描かれる場合が多いので、白い線が黒いひび割れを消してしまうことも生じる。チョーク線は、目視検査では役立つものであるが、画像処理によるひび割れ検出には障害となる存在である。ところが、チョーク箇所をノイズとして除去してから、ひび割れを検出することは非常に困難である。そこで、チョーク箇所を積極的に検出し、これをトンネル等のコンクリート構造物の健全度判断の一つの情報、即ち有意な情報とすることが考えられる。しかしながら、コンクリート表面に描かれたチョーク箇所を、画像処理によって検出する方法は未だに開発されていない。 In addition, there is a white line of chalk drawn on the concrete wall such as the tunnel lining surface that surrounds the deformations such as cracks and water leaks that were spotted by field workers, and this is automatically and reliably detected. A method has not been developed. In many cases, detecting the choke line or the choke portion surrounded by the choke line is directly connected to the detection of the deformation. However, when tracing the deformation periphery with a choke line, for example, it is often drawn so as to overlap with a crack part which is a black line, so that the white line may erase the black crack. The choke line is useful for visual inspection, but is an obstacle to detection of cracks by image processing. However, it is very difficult to detect a crack after removing the choke portion as noise. Therefore, it is conceivable that the choke portion is positively detected and used as one piece of information for judging the soundness level of a concrete structure such as a tunnel, that is, significant information. However, a method for detecting the chalk portion drawn on the concrete surface by image processing has not been developed yet.

特許第4006007号公報Japanese Patent No. 4006007 特許第4186117号公報Japanese Patent No. 4186117 特開2011-242365号公報JP 2011-242365 A

「トンネル変状抽出のための高精度画像処理手法の開発」、鉄道サイバネ・シンポジウム論文集、2011年12月1日発行"Development of high-precision image processing method for extracting tunnel deformation", Proceedings of Railway Cybernet Symposium, December 1, 2011

本発明が解決しようとする第1の課題は、線状変状と線状ノイズが存在するコンクリート表面から、当該コンクリート表面の撮影画像を画像処理して、線状変状を確実に抽出するコンクリート表面の線状変状検出方法を提供することである。
本発明が解決しようとする第2の課題は、ひび割れと線状ノイズが存在するコンクリート表面から、当該コンクリート表面の撮影画像を画像処理して、太いひび割れと、当該太いひび割れの先端から伸び又は枝分かれした細いひび割れを確実に抽出するコンクリート表面の線状変状検出方法を提供することである。
本発明が解決しようとする第3の課題は、コンクリート表面に描かれた太いチョーク線を当該コンクリート表面の撮影画像を画像処理して確実に抽出するコンクリート表面の線状変状検出方法を提供することである。
A first problem to be solved by the present invention is a concrete in which a linear deformation is reliably extracted by image processing a photographed image of the concrete surface from a concrete surface where linear deformation and linear noise exist. It is to provide a surface linear deformation detection method.
A second problem to be solved by the present invention is to process a captured image of the concrete surface from a concrete surface where cracks and linear noise exist, and to extend or branch from a thick crack and a tip of the thick crack. It is intended to provide a method for detecting a linear deformation of a concrete surface that reliably extracts a thin crack.
A third problem to be solved by the present invention is to provide a method for detecting a linear deformation on a concrete surface, which reliably extracts a thick chalk line drawn on the concrete surface by subjecting a photographed image of the concrete surface to image processing. That is.

上記第1の課題を解決するコンクリート表面の線状変状検出方法は、コンクリート表面の撮像画像である原画像に補正やノイズ除去を行って前処理済画像を取得する前処理工程、前記前処理済画像に平滑化処理を施した後に、2次微分エッジフィルタを適用して線状変状候補を抽出する工程、前記前処理済画像に1次微分を施して、前記線状変状候補から線状ノイズを除去すると共に太い線状変状並びに細い線状変状を抽出する工程、及び、コンクリート構造物の健全度判断の情報となる有意な線状変状を抽出する工程から成ることを特徴とする。 The concrete surface linear deformation detection method for solving the first problem includes a preprocessing step of obtaining a preprocessed image by performing correction and noise removal on an original image that is a captured image of the concrete surface, the preprocessing A step of applying a second-order differential edge filter to extract a linear deformation candidate after smoothing the processed image, performing a first-order differentiation on the pre-processed image, It consists of a step of removing linear noise and extracting a thick linear deformation and a thin linear deformation, and a step of extracting a significant linear deformation that serves as information for determining the soundness of a concrete structure. Features.

上記第2の課題を解決するコンクリート表面の線状変状検出方法は、コンクリート表面の撮像画像である原画像に補正やノイズ除去を行って前処理済画像を取得する前処理工程、前記前処理済画像に平滑化処理を施した後に、2次微分エッジフィルタを適用してひび割れ候補を抽出する工程、前記前処理済画像に1次微分を施して、前記ひび割れ候補から線状ノイズを除去すると共に太いひび割れ並びに細いひび割れを抽出する工程、及び、コンクリート構造物の健全度判断の情報となる有意なひび割れを抽出する工程から成ることを特徴とする。 The concrete surface linear deformation detection method for solving the second problem includes a preprocessing step of obtaining a preprocessed image by performing correction and noise removal on an original image that is a captured image of the concrete surface, the preprocessing A step of extracting a crack candidate by applying a second-order differential edge filter after smoothing the processed image, and performing a first-order differentiation on the pre-processed image to remove linear noise from the crack candidate And a step of extracting a thick crack and a thin crack, and a step of extracting a significant crack which is information for soundness judgment of a concrete structure.

上記第3の課題を解決するコンクリート表面の線状変状検出方法は、コンクリート表面の撮像画像である原画像に補正やノイズ除去を行って前処理済画像を取得する前処理工程、
前記前処理済画像に平滑化処理を施した後に、2次微分エッジフィルタを適用してチョーク線候補を抽出する工程、前記前処理済画像に1次微分を施して、前記チョーク線候補から線状ノイズを除去すると共に太いチョーク線並びに細いチョーク線を抽出する工程、及び、コンクリート構造物の健全度判断の情報となる有意なチョーク線を抽出する工程から成ることを特徴とする。
The linear deformation detection method for a concrete surface that solves the third problem is a preprocessing step of obtaining a preprocessed image by performing correction and noise removal on an original image that is a captured image of the concrete surface,
Applying a second-order differential edge filter to extract a choke line candidate after performing a smoothing process on the pre-processed image; performing a first-order differentiation on the pre-processed image; And a step of extracting a thick choke line and a thin choke line, and a step of extracting a significant choke line which is information for judging the soundness of a concrete structure.

本発明により、汚れやムラのあるコンクリート表面の線状変状を当該コンクリート表面の撮影画像から簡単且つ確実に抽出し、コンクリート構造物の健全度判断の有意な情報を提供できるようになった。
本発明により、汚れやムラのあるコンクリート表面のひび割れを当該コンクリート表面の撮影画像から簡単且つ確実に抽出し、コンクリート構造物の健全度判断の有意な情報を提供できるようになった。
本発明により、汚れやムラのあるコンクリート表面に描かれたチョーク線を当該コンクリート表面の撮影画像から簡単且つ確実に抽出し、コンクリート構造物の健全度判断の有意な情報を提供できるようになった。
According to the present invention, linear deformation of a concrete surface with dirt or unevenness can be easily and reliably extracted from a photographed image of the concrete surface, and significant information for determining the soundness of a concrete structure can be provided.
According to the present invention, it is possible to easily and reliably extract a crack on a concrete surface having dirt or unevenness from a photographed image of the concrete surface, and to provide significant information on the soundness judgment of the concrete structure.
According to the present invention, the chalk line drawn on the concrete surface with dirt or unevenness can be easily and reliably extracted from the photographed image of the concrete surface, and can provide significant information on the soundness judgment of the concrete structure. .

本発明に係るコンクリート表面のひび割れ抽出処理の基本的な流れ図である。It is a basic flowchart of the crack extraction process of the concrete surface which concerns on this invention. 本発明に係るコンクリート表面のひび割れ抽出処理の一例を示す流れ図である。It is a flowchart which shows an example of the crack extraction process of the concrete surface which concerns on this invention. 太いひび割れと、これに結合される有意な細いひび割れ、並びに結合されない有意でない細いひび割れの説明図である。It is explanatory drawing of a thick crack, the significant thin crack couple | bonded with this, and the non-significant thin crack which is not couple | bonded. 太いひび割れと、これに結合される細いひび割れを示す図である。It is a figure which shows a thick crack and the thin crack couple | bonded with this. 1次微分のための微分オペレータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the differentiation operator for a primary differentiation. 本発明に係るコンクリート表面に描かれたチョーク線抽出の処理の一例を示す流れ図である。It is a flowchart which shows an example of the process of the chalk line extraction drawn on the concrete surface based on this invention. チョーク線が描かれたコンクリート表面の撮影画像の前処理済画像の一例である。It is an example of the pre-processed image of the picked-up image of the concrete surface where the chalk line was drawn. 前処理済画像にガウシアン処理を施し、更にラプラシアンを施した画像の一例である。It is an example of the image which gave the Gaussian process to the pre-processed image, and also gave the Laplacian. 抽出されたチョーク線を含むコンクリート表面画像の一例である。It is an example of the concrete surface image containing the extracted chalk wire. 本発明に係るコンクリート表面の線状変状の検出装置のブロック図である。It is a block diagram of the detection apparatus of the linear deformation of the concrete surface which concerns on this invention.

コンクリート表面の撮像画像である原画像に補正やノイズ除去を行って取得した前処理済画像にガウシアンスムージングフィルタを用いて平滑化処理を施した後に、ラプラシアンフィルタを適用してひび割れ候補を抽出する。次に、前記前処理済画像に1次微分を施して、前記ひび割れ候補から線状ノイズを除去すると共に太いひび割れ並びに細いひび割れを抽出する。最後に、有意な太いひび割れとその枝分かれである細いひび割れを連結処理により結合し、コンクリート構造物の健全度判断の有意な情報となるひび割れを抽出する。 A smoothing process is performed on a preprocessed image obtained by performing correction and noise removal on an original image that is a captured image of a concrete surface using a Gaussian smoothing filter, and then a Laplacian filter is applied to extract crack candidates. Next, first-order differentiation is performed on the preprocessed image to remove linear noise from the crack candidates and to extract a thick crack and a thin crack. Finally, a significant thick crack and a thin crack that is a branch of the significant crack are combined by a connection process to extract a crack that is significant information for determining the soundness of a concrete structure.

本発明のコンクリート表面の変状検出方法は、図10に示す如き変状検出装置を用いて実施される。前記変状検出装置は、CPU1、ROM2、RAM3、入力部4、画像データ入力部5、出力部6及び液晶モニタの如き表示部5で構成されている。入力部4は、変状抽出のための様々なデータを入力するキーボード、に操作指令を与えるマウスなどの各種の入力装置である。ROM2には、演算や制御のための各種プログラムが予め格納されている。RAM3には、画像データ入力部5からCPU1に入力されたコンクリート表面を撮像したデジタルの原画像データ、原画像に補正やノイズ除去を行って取得した前処理済画像データが記憶される。また、RAM3には、ひび割れ、チョーク線を画像処理によって抽出するのに必要な様々なデータ、即ち各種の閾値やパラメータ等が予め記憶されている。 The concrete surface deformation detection method of the present invention is carried out using a deformation detection apparatus as shown in FIG. The deformation detection device includes a CPU 1, a ROM 2, a RAM 3, an input unit 4, an image data input unit 5, an output unit 6, and a display unit 5 such as a liquid crystal monitor. The input unit 4 is various input devices such as a keyboard for inputting various data for extracting deformation and a mouse for giving an operation command to the keyboard. The ROM 2 stores various programs for calculation and control in advance. The RAM 3 stores digital original image data obtained by imaging the concrete surface input from the image data input unit 5 to the CPU 1, and preprocessed image data acquired by performing correction and noise removal on the original image. The RAM 3 stores in advance various data necessary for extracting cracks and choke lines by image processing, that is, various threshold values and parameters.

(線状変状の抽出の基本的な流れ)
代表的な線状変状であるひび割れを抽出する本発明の変状検出方法の基本的な流れは、図1に示す如く、前処理済画像の取得工程S1、ひび割れ候補の抽出工程S2、ひび割れの抽出と線状ノイズの除去工程S3、太いひび割れに結合される細いひび割れの抽出工程S4、及び、有意なひび割れの抽出工程S5で構成されている。
(Basic flow of linear deformation extraction)
As shown in FIG. 1, the basic flow of the deformation detection method of the present invention for extracting cracks, which are typical linear deformations, is a preprocessed image acquisition step S1, a crack candidate extraction step S2, a crack. Extraction and linear noise removal step S3, a thin crack extraction step S4 combined with a thick crack, and a significant crack extraction step S5.

工程S1は、コンクリート表面の撮像画像である原画像に補正やノイズ除去を行って前処理済画像を取得する工程である。 Step S1 is a step of obtaining a preprocessed image by performing correction and noise removal on the original image that is a captured image of the concrete surface.

工程S2は、前処理済画像に平滑化処理を施した後に2次微分を適用してサブピクセル精度でエッジ点を抽出し、抽出したエッジ点で囲まれた線状領域であるひび割れ候補を抽出する工程である。前記ひび割れ候補には、太いひび割れ、細いひび割れ、及び線状ノイズの3種類の領域が含まれる。工程S2は、周辺に比較して黒っぽい線状の領域であるというひび割れの特徴に着目し、先ず領域のエッジのみを特定するための処理である。 In step S2, smoothing processing is applied to the preprocessed image, and then second-order differentiation is applied to extract edge points with subpixel accuracy, and crack candidates that are linear regions surrounded by the extracted edge points are extracted. It is a process to do. The crack candidates include three types of areas: thick cracks, thin cracks, and linear noise. Step S2 is a process for specifying only the edge of the region, paying attention to the feature of cracks that are darker regions that are darker than the surroundings.

工程S3は、前処理済画像に1次微分を適用して前記ひび割れ候補のエッジ点の特徴量を求める処理と、前記エッジ点の特徴量を求める際の評価に用いられた1次微分値にヒステリシス閾値処理を施して前記ひび割れ候補から太いひび割れ、細いひび割れ、及び線状ノイズを識別する処理を含む。この処理は、後述する実施例に示す通り、前記前処理済画像に1次微分を適用して局所的に最大の1次微分値を有するピクセルを抽出すると共に前記最大の1次微分値にヒステリシス閾値処理を施して太いひび割れと細いひび割れ及び線状ノイズを抽出する工程であり、前記エッジ点の特徴量を求める際の評価に用いられた1次微分値とは、前記最大の1次微分値のことである。なお、実施例において、ヒステリシス閾値処理に用いられている1次微分値は、前記エッジ点の特徴量を求める際の評価に用いられた1次微分値のことである。太いひび割れは、有意なひび割れである。他方、細いひび割れは有意なひび割れと有意でないひび割れを含む。前記ヒステリシス閾値処理は、1次微分値が上限閾値Highと下限閾値Lowを超えているか否かを比較し、比較結果によって3種類の領域を特定する処理である。即ち、上限閾値Highを超える1次微分値を有するエッジ点で囲まれた領域は太いひび割れ、上限閾値Highを超えないが下限閾値Lowを超える1次微分値を有するエッジ点で囲まれた領域は細いひび割れ、そして下限閾値Lowを超えない1次微分値を有するエッジ点で囲まれた領域は線状ノイズである。
Step S3 applies the first derivative to the preprocessed image to obtain the feature value of the edge point of the crack candidate and the first derivative value used for the evaluation when obtaining the feature value of the edge point. A process of identifying a thick crack, a thin crack, and a linear noise from the crack candidates by performing a hysteresis threshold process. In this process, as shown in an embodiment to be described later, a first derivative is applied to the preprocessed image to extract a pixel having a local maximum primary differential value, and a hysteresis is applied to the maximum primary differential value. A step of extracting a thick crack, a thin crack, and linear noise by performing threshold processing, and the primary differential value used for the evaluation when obtaining the feature value of the edge point is the maximum primary differential value That is. In the embodiment, the primary differential value used for the hysteresis threshold processing is the primary differential value used for evaluation when obtaining the feature value of the edge point. A thick crack is a significant crack. On the other hand, thin cracks include significant cracks and non-significant cracks. The hysteresis threshold process is a process of comparing whether or not the primary differential value exceeds the upper limit threshold High and the lower limit threshold Low, and specifying three types of regions according to the comparison result. That is, a region surrounded by edge points having a first derivative value exceeding the upper threshold value High is a thick crack, and a region surrounded by edge points having a first derivative value not exceeding the upper threshold value High but exceeding the lower threshold value Low is A region surrounded by an edge point having a fine differential and a first-order differential value not exceeding the lower threshold value Low is linear noise.

工程S3は、太いひび割れと細いひび割れ及び線状ノイズは領域の黒っぽさと領域のエッジの俊鋭さが異なること、及び領域の黒っぽさと領域のエッジの俊鋭さは1次微分値に直に反映されることに着目した処理である。この処理によって太い線状変状と細い線状変状が確実に抽出されると共に、線状ノイズが確実に除去される。この処理の段階で、除去される線状ノイズは表示画面から削除される。 In step S3, thick cracks, thin cracks, and linear noise are different in area blackness and area edge sharpness, and area blackness and area edge sharpness are directly converted to the first derivative value. This processing is focused on being reflected in By this process, a thick linear deformation and a thin linear deformation are reliably extracted, and linear noise is reliably removed. At this stage of processing, the removed linear noise is deleted from the display screen.

工程S4は、工程S3で抽出された細いひび割れの中から有意な細いひび割れを抽出する処理であって、太いひび割れの観測点と、細いひび割れの観測点を算出する工程、及び、太いひび割れの観測点と細いひび割れの観測点との間の距離と太いひび割れと細いひび割れの中心軸の方向が所定値以内か否かを比較し、所定値以内であれば有意な細いひび割れ、所定値以内でなければ有意ではない細いひび割れと判定する工程とから成る。なお、太いひび割れの観測点は、中心軸の両端と、幅が最大の箇所で中心軸に直角方向の両方の先端の4つのエッジ点である。また、細いひび割れの観測点は、中心軸方向の両方の先端のエッジ点である。この処理の段階で、有意でない細いひび割れは表示画面から削除される。 Step S4 is a process of extracting significant thin cracks from the thin cracks extracted in step S3, and includes a step of calculating a thick crack observation point, a thin crack observation point, and a thick crack observation. Compare the distance between the point and the observation point of the thin crack and the direction of the center axis of the thick crack and the thin crack within the specified value. And a step of determining that the crack is not significant. The observation points for the thick cracks are the four edge points at both ends of the central axis and at both ends at the maximum width in the direction perpendicular to the central axis. In addition, the observation points for the thin cracks are the edge points at both tips in the central axis direction. At this stage of processing, insignificant thin cracks are deleted from the display screen.

工程S5は、工程S3で特定された太いひび割れと、工程S4で特定された有意な細いひび割れとを表示画面上で結合する処理である。太いひび割れに有意な細いひび割れを結合して、コンクリート構造物の健全度判断のための有意なひび割れが抽出される。 Step S5 is a process of combining the thick crack identified in step S3 and the significant thin crack identified in step S4 on the display screen. Significant cracks for judging the soundness of concrete structures are extracted by combining significant cracks with thick cracks.

以下、図2のフローチャートを参照しながら、実施例1のひび割れ検出方法を更に詳細に説明する。 Hereinafter, the crack detection method of the first embodiment will be described in more detail with reference to the flowchart of FIG.

(前処理済画像の取得)
CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3から原画像を読み出し、当該原画像に補正とノイズ除去を施して、前処理済画像を取得する(S101)。補正は、シェーディングによる照度ムラの補正である。ノイズの除去は、先ず周波数解析によって原画像から型枠などの周期的な線分の除去を行う。次に、周波数解析によって原画像から斑点状のムラの除去を行う。最後に、周波数解析によって原画像から汚れの除去を行う。このようにして、原画像に補正とノイズ除去の処理を施した前処理済画像を取得し、これをRAM3に記憶する。前記周波数解析は、原画像にFFTフィルタをかける画像処理である。FFTフィルタのパラメータは除去対象に応じて最適な値に選ばれる。
(Pre-processed image acquisition)
The CPU 1 reads an original image from the RAM 3 according to a program stored in the ROM 2, performs correction and noise removal on the original image, and acquires a preprocessed image (S101). The correction is correction of uneven illuminance due to shading. To remove noise, first, periodic line segments such as molds are removed from the original image by frequency analysis. Next, spotted unevenness is removed from the original image by frequency analysis. Finally, dirt is removed from the original image by frequency analysis. In this manner, a preprocessed image obtained by performing correction and noise removal processing on the original image is acquired and stored in the RAM 3. The frequency analysis is image processing that applies an FFT filter to an original image. The parameters of the FFT filter are selected to the optimum values according to the removal target.

(ひび割れ候補の抽出)
次に、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3に記憶されているガウシアンフィルタの平滑化パラメータを大きめの値に設定する(S102)。次に、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3に記憶されている前処理済画像を読み出してガウシアンフィルタを適用し、平滑化する(S103)。
(Extraction of crack candidates)
Next, the CPU 1 sets the smoothing parameter of the Gaussian filter stored in the RAM 3 to a larger value in accordance with the program stored in the ROM 2 (S102). Next, the CPU 1 reads out the preprocessed image stored in the RAM 3 according to the program stored in the ROM 2, applies a Gaussian filter, and smoothes it (S103).

続いて、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、平滑化された前処理済画像にラプラシアンフィルタを適用して2次微分処理を施して、ひび割れ状領域のエッジ点をサブピクセル精度で抽出する(S104)。この処理によって抽出されたエッジ点は、ひび割れ候補の輪郭線を構成するエッジ点と、線状ノイズ候補の輪郭線を構成するエッジ点である。従って、この工程S104の処理によって、前処理済画像からひび割れ候補と線状ノイズ候補が簡単且つ確実に抽出される。この段階では、ひび割れ候補と線状ノイズ候補の区別はできないので、抽出されたエッジ点で囲まれた領域は、全てひび割れ候補と呼ぶ。これらのひび割れ候補は識別番号を付して、RAM3に記憶される。前記2次微分処理はラプラシアンフィルタを用いて行われているが、必ずしも、これに限定するものではない。ラプラシアンフィルタを前記平滑化された前処理済画像にかけると、エッジは鮮鋭化するので、エッジ点の抽出がし易くなるという利点がある。以上のS102からS104の一連の工程で、前処理済画像からひび割れ候補の抽出が確実になされる。 Subsequently, according to the program stored in the ROM 2, the CPU 1 applies a Laplacian filter to the smoothed preprocessed image and applies a second-order differential process to extract the edge points of the cracked area with sub-pixel accuracy. (S104). The edge points extracted by this processing are the edge points constituting the contour lines of the crack candidates and the edge points constituting the contour lines of the linear noise candidates. Therefore, the crack candidate and the linear noise candidate are easily and reliably extracted from the preprocessed image by the process of step S104. At this stage, since the crack candidate and the linear noise candidate cannot be distinguished, all the regions surrounded by the extracted edge points are called crack candidates. These crack candidates are assigned an identification number and stored in the RAM 3. The secondary differentiation process is performed using a Laplacian filter, but is not necessarily limited to this. When the Laplacian filter is applied to the smoothed preprocessed image, the edges are sharpened, and there is an advantage that the edge points can be easily extracted. In the series of steps S102 to S104, crack candidates are reliably extracted from the preprocessed image.

(ひび割れの抽出と線状ノイズの除去)
次に、CPU1は、ひび割れ候補のエッジ点の特徴量を特定する(S105)。即ち、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3に記憶されている前処理済画像に1次微分を適用し、ひび割れ候補のエッジ点の1次微分値を求める。前処理済画像に適用される前記1次微分は、水平方向や垂直方向ではなく、チョーク線候補領域の中心軸に対して直角方向に1次微分オペレータを適用する処理である。これは迅速化と実用上の精度を考慮した処理である。
(Crack extraction and linear noise removal)
Next, the CPU 1 identifies the feature amount of the edge point of the crack candidate (S105). That is, the CPU 1 applies the first derivative to the preprocessed image stored in the RAM 3 according to the program stored in the ROM 2 to obtain the first derivative value of the edge point of the crack candidate. The primary differentiation applied to the preprocessed image is a process of applying the primary differentiation operator in a direction perpendicular to the central axis of the choke line candidate region, not in the horizontal direction or the vertical direction. This is a process that takes into account speed and practical accuracy.

ところで、デジタル画像ではデータが一定間隔に離散的に並んでいるので、真の意味での微分演算はできない。このため隣接画素同士の差をとる演算で微分を近似する。微分演算を行うための隣接画素同士の演算を表現する係数の組が微分オペレータである。微分オペレータの数値列は、周囲の画素にその位置に相当する係数を乗じて和をとる内積計算をする。或る座標点におけるエッジ方向は計算によりベクトルの向きθで求まるので、これに90°プラスした直角方向の1次微分を求めるには、例えば図5に示す如き45°刻みで8方向に回転させた1次微分オペレータを処理対象画像に適用することで求められる。ひび割れ候補の中心軸は、1次微分を施す前にCPU1が対象のひび割れ候補について算出する。そして、CPU1は、求められた微分値の中から局所的に最大の微分値を有するピクセルを抽出する。このピクセルは、結果的に、工程S104で抽出されたエッジ点又はその近傍のピクセルである。 By the way, in a digital image, since data are arranged in a discrete manner at regular intervals, a true differential operation cannot be performed. For this reason, the differentiation is approximated by an operation for obtaining a difference between adjacent pixels. A set of coefficients expressing the calculation of adjacent pixels for performing a differential calculation is a differential operator. The numerical sequence of the differential operator performs an inner product calculation in which surrounding pixels are multiplied by a coefficient corresponding to the position to obtain a sum. Since the edge direction at a certain coordinate point is obtained by the vector orientation θ by calculation, in order to obtain the first-order differential in the perpendicular direction by 90 °, it is rotated in 8 directions in increments of 45 ° as shown in FIG. The first-order differential operator is obtained by applying it to the processing target image. The central axis of the crack candidate is calculated by the CPU 1 for the target crack candidate before performing the first-order differentiation. And CPU1 extracts the pixel which has the largest differential value locally from the calculated | required differential value. As a result, this pixel is a pixel at or near the edge point extracted in step S104.

前記1次微分値は前記ピクセルの輝度値の変化度合い、つまり輪郭線の俊鋭さを表すものであるから、周辺に比較して黒い領域であるというひび割れ候補の特徴が工程S205の処理により数値化されたのである。工程S205は、領域の黒っぽさを表す輝度値と領域のエッジの俊鋭さは1次微分値に直に反映されることに着目した処理だからである。 Since the first derivative value represents the degree of change of the luminance value of the pixel, that is, the sharpness of the contour line, the characteristic of the crack candidate that is a black region compared to the surrounding area is quantified by the process of step S205. It was done. This is because the process S205 focuses on the fact that the luminance value indicating the darkness of the area and the sharpness of the edge of the area are directly reflected in the first-order differential value.

工程S105に続いて、CPU1は、ヒステリシス閾値処理を行って、ひび割れ候補からひび割れとノイズの識別を行う(S106)。上記ヒステリシス閾値処理は、1次微分値が上限閾値Highと下限閾値Lowを超えているか否かを比較し、比較結果によって3種類の領域を特定する処理である。即ち、上限閾値Highを超える1次微分値を有するエッジ点で囲まれた領域は太いひび割れ、上限閾値Highを超えないが下限閾値Lowを超える1次微分値を有するエッジ点で囲まれた領域は細いひび割れ、そして下限閾値Lowを超えない1次微分値を有するエッジ点で囲まれた領域は線状ノイズである。これは、ひび割れと線状ノイズは周辺に比較して黒っぽい線状の領域の黒っぽさを表す輝度値並びに輪郭線の俊鋭さに違いがあることに着目した処理であり、この処理によって太いひび割れと細いひび割れが確実に抽出されると共に、線状ノイズが確実に除去される。この処理の段階で、除去される線状ノイズは表示画面から削除される。図3は線状ノイズが除去される前の表示画面例で、太いひび割れ11、及び7つの細いひび割れ12、13、14、15、16、17が表示されている。図4は線状ノイズが除去された表示画面の一例で、太いひび割れ11、及び3つの有意な細いひび割れ12、13、14、が表示されている。なお、ひび割れの輪郭線上の小さな丸は説明用に付けたエッジ点である。   Subsequent to step S105, the CPU 1 performs a hysteresis threshold process, and identifies cracks and noise from the crack candidates (S106). The hysteresis threshold process is a process of comparing whether or not the primary differential value exceeds the upper limit threshold High and the lower limit threshold Low, and specifying three types of regions based on the comparison result. That is, a region surrounded by edge points having a first derivative value exceeding the upper threshold value High is a thick crack, and a region surrounded by edge points having a first derivative value not exceeding the upper threshold value High but exceeding the lower threshold value Low is A region surrounded by an edge point having a fine differential and a first-order differential value not exceeding the lower threshold value Low is linear noise. This is a process that focuses on the fact that cracks and line noise differ in brightness values that represent the darkness of dark areas and the sharpness of contour lines compared to the surroundings. Cracks and thin cracks are reliably extracted, and linear noise is reliably removed. At this stage of processing, the removed linear noise is deleted from the display screen. FIG. 3 shows an example of a display screen before the linear noise is removed. A thick crack 11 and seven thin cracks 12, 13, 14, 15, 16, 17 are displayed. FIG. 4 shows an example of a display screen from which linear noise has been removed, in which a thick crack 11 and three significant thin cracks 12, 13, and 14 are displayed. A small circle on the outline of the crack is an edge point given for explanation.

(太いひび割れに連結される細いひび割れの抽出)
工程S106に続いて、CPU1は、太いひび割れに結合される細いひび割れの特定を行う(S107)。工程S106で、有意な太いひび割れが特定されたが、細いひび割れには有意でないものも含まれている。細いひび割れであっても、コンクリートの劣化に結び付くものと、結びつかないものがあるのである。そこで、本発明者はコンクリート構造物の健全度判断の情報となる有意なひび割れを、トンネル専門家の知見に基づいて、太いひび割れだけでなく、当該太いひび割れから枝分かれした細いひび割れの2種類とした。従って、工程S107の処理が必要なのである。
(Extraction of thin cracks connected to thick cracks)
Subsequent to step S106, the CPU 1 identifies a thin crack to be combined with the thick crack (S107). In step S106, significant thick cracks were identified, but thin cracks include those that are not significant. Even thin cracks can lead to concrete deterioration and others can not. Therefore, the present inventor made not only a thick crack, but also a thin crack branched from the thick crack, based on the knowledge of a tunnel expert, as a significant crack that becomes information on the soundness judgment of the concrete structure. . Therefore, the process of step S107 is necessary.

工程S107において、CPU1は太いひび割れとの距離と中心軸の方向が所定値以内にある細いひび割れを閾値処理して選別し、これを太いひび割れに結合される細いひび割れとして抽出した。即ち、前記閾値処理において、CPU1は太いひび割れと細いひび割れの観測点間の距離が所定値以内かを判定すると共に、太いひび割れと細いひび割れの中心軸間の角度が所定値以内かを判定し、判定結果が共にYESであれば、当該細いひび割れは太いひび割れ結合されるひび割れと特定する。細いひび割れの観測点は、太いひび割れに最も近い端部である。前記太いひび割れと細いひび割れの観測点間の距離の所定値、並びに前記太いひび割れと細いひび割れの中心軸間の角度の所定値はトンネル専門家の知見に基づいて設定され、RAM3に予め記憶されている。 In step S <b> 107, the CPU 1 selects and processes a thin crack having a distance from the thick crack and a direction of the central axis within a predetermined value by threshold processing, and extracts this as a thin crack coupled to the thick crack. That is, in the threshold processing, the CPU 1 determines whether the distance between the observation points of the thick crack and the thin crack is within a predetermined value, and determines whether the angle between the center axis of the thick crack and the thin crack is within the predetermined value, If both determination results are YES, the thin crack is identified as a crack to be joined by a thick crack. The observation point for the thin crack is the end closest to the thick crack. The predetermined value of the distance between the observation points of the thick crack and the thin crack and the predetermined value of the angle between the central axis of the thick crack and the thin crack are set based on the knowledge of a tunnel expert and stored in the RAM 3 in advance. Yes.

観測点は、図3に示す如く、太いひび割れ11については、長手方向の両方の先端11aと11b、幅が最大の箇所で中心軸に直角方向の両方の先端11cと11dの4つのエッジ点である。また、細いひび割れ12、13、14、15、16、17については、長手方向の先端のエッジ点12aと12b、13aと13b、14aと14b、15aと15b、16a、17a、18aである。これらの観測点は、閾値処理に先だってCPU1により算出されている。 As shown in FIG. 3, the observation points for the thick crack 11 are at the four edge points of both the leading ends 11 a and 11 b in the longitudinal direction and both the leading ends 11 c and 11 d in the direction perpendicular to the central axis at the maximum width. is there. Further, the thin cracks 12, 13, 14, 15, 16, and 17 are edge points 12a and 12b, 13a and 13b, 14a and 14b, 15a and 15b, 16a, 17a, and 18a at the longitudinal ends. These observation points are calculated by the CPU 1 prior to threshold processing.

工程S107の処理を、図4を参照しながら、詳細に説明すると次の通りである。
細いひび割れ12の観測点12aと太いひび割れ11の観測点11bとの間の距離は所定値以内であるが、細いひび割れ12の中心軸と太いひび割れ11の中心軸の間の角度は所定値を超えているので、通常は細いひび割れ12は有意でないひび割れと判断するところであるが、細いひび割れ12の幅が閾値以上ある場合は、太いひび割れ11と関連性が高いひびわれと判断して、細いひび割れ12は太いひび割れ11bから延びたひび割れであると判定する。
The process of step S107 will be described in detail with reference to FIG.
The distance between the observation point 12a of the thin crack 12 and the observation point 11b of the thick crack 11 is within a predetermined value, but the angle between the central axis of the thin crack 12 and the central axis of the thick crack 11 exceeds the predetermined value. Therefore, the thin crack 12 is usually judged as an insignificant crack. However, if the width of the thin crack 12 exceeds the threshold, it is judged that the crack is highly related to the thick crack 11, and the thin crack 12 is It is determined that the crack extends from the thick crack 11b.

細いひび割れ13の観測点13aと太いひび割れの観測点11cとの間の距離は所定値以内であるので、細いひび割れ13は太いひび割れ11の中心軸に直角方向の先端11cから枝分かれしたひび割れであると判定する。 Since the distance between the observation point 13a of the thin crack 13 and the observation point 11c of the thick crack is within a predetermined value, the thin crack 13 is a crack branched from the tip 11c perpendicular to the central axis of the thick crack 11. judge.

細いひび割れ14の観測点14aと太いひび割れの観測点11aとの間の距離は所定値以内であるので、細いひび割れ14は太いひび割れ11の中心軸方向の先端11aから延びたひび割れであると判定する。 Since the distance between the observation point 14a of the thin crack 14 and the observation point 11a of the thick crack is within a predetermined value, it is determined that the thin crack 14 is a crack extending from the tip 11a of the thick crack 11 in the central axis direction. .

細いひび割れ15の観測点15aと太いひび割れの観測点11aとの間の距離は所定値を超えており、且つ細いひび割れ15の観測点15bと太いひび割れの観測点11cとの間の距離は所定値を超えているので、細いひび割れ15は太いひび割れに結合されるものではない。従って、細いひび割れ15は有意でないものであると判定する。 The distance between the observation point 15a of the thin crack 15 and the observation point 11a of the thick crack exceeds a predetermined value, and the distance between the observation point 15b of the thin crack 15 and the observation point 11c of the thick crack is a predetermined value. Therefore, the thin crack 15 is not connected to the thick crack. Therefore, it is determined that the thin crack 15 is not significant.

細いひび割れ16の観測点16aと太いひび割れ11の観測点11aとの間の距離は所定値以内であるが、細いひび割れ16の中心軸と太いひび割れ11の中心軸の間の角度は所定値を超えているので、細いひび割れ16は太いひび割れに結合されるものではない。細いひび割れ16の幅も閾値以下である。従って、細いひび割れ16は有意でないものであると判定する。 The distance between the observation point 16a of the thin crack 16 and the observation point 11a of the thick crack 11 is within a predetermined value, but the angle between the central axis of the thin crack 16 and the central axis of the thick crack 11 exceeds the predetermined value. Therefore, the thin crack 16 is not connected to the thick crack. The width of the thin crack 16 is also below the threshold value. Therefore, it is determined that the thin crack 16 is not significant.

細いひび割れ17の観測点17aと太いひび割れ11の観測点11aとの間の距離は所定値を超えている。また、細いひび割れ17の観測点17aと太いひび割れ11の観測点11dとの間の距離も所定値を超えている。従って、細いひび割れ17は有意でないものであると判定する。 The distance between the observation point 17a of the thin crack 17 and the observation point 11a of the thick crack 11 exceeds a predetermined value. The distance between the observation point 17a of the thin crack 17 and the observation point 11d of the thick crack 11 also exceeds a predetermined value. Therefore, it is determined that the thin crack 17 is not significant.

細いひび割れ18の観測点18aと太いひび割れ11の観測点11aとの間の距離は所定値を超えている。従って、細いひび割れ18は有意でないものであると判定する。 The distance between the observation point 18a of the thin crack 18 and the observation point 11a of the thick crack 11 exceeds a predetermined value. Therefore, it is determined that the thin crack 18 is not significant.

(有意なひび割れの抽出)
工程107に続いて、CPU1は工程S107で抽出された細いひび割れを太いひび割れに連結する処理、即ち、連結処理による有意なひび割れの抽出を行う(S108)。連結される細いひび割れがない独立した太いひび割れも、有意なひび割れであることは勿論である。
(Extraction of significant cracks)
Subsequent to step 107, the CPU 1 performs a process of connecting the thin crack extracted in step S107 to a thick crack, that is, a significant crack is extracted by the connecting process (S108). Of course, independent thick cracks without any connected thin cracks are also significant cracks.

工程S107に続いてCPU1はひび割れが漏れなく抽出されたか否か判定する(S109)。この判定処理は、平滑化パラメータを大きな値から予定した最小の値まで変更しながら行ってきたひび割れ領域の抽出処理が全て終了したか否かの判定である。従って、平滑化パラメータを最小値として設定したガウシアンフィルタで平滑化した前処理済画像に対して、ひび割れの抽出が終了すれば、判定はYESとなり、ひび割れの検出は終了する。 Following step S107, the CPU 1 determines whether or not the crack has been extracted without omission (S109). This determination process is a determination as to whether or not all crack region extraction processes that have been performed while changing the smoothing parameter from a large value to a planned minimum value have been completed. Therefore, if the extraction of cracks is completed for the preprocessed image smoothed by the Gaussian filter with the smoothing parameter set to the minimum value, the determination is YES and the detection of the cracks ends.

工程S109の判定結果がYESならばひび割れの抽出処理は終了し、NOならばCPU1は前処理済画像に対して工程S108で抽出されたひび割れをマスクする(S110)。 If the determination result in step S109 is YES, the crack extraction process ends, and if NO, the CPU 1 masks the crack extracted in step S108 on the preprocessed image (S110).

続いてCPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3に記憶されているガウシアンフィルタの平滑化パラメータを工程S102で設定した値より小さめに設定し直す(S111)。次に、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3に記憶されている前処理済画像を読み出して平滑化パラメータを小さめに設定したガウシアンフィルタを適用し、平滑化する(S103)。続いて、CPU1は、平滑化した前処理済画像にラプラシアンフィルタを適用して2次微分処理を施して、ひび割れ状の領域のエッジ点をサブピクセル精度で抽出し(S104)、ひび割れ候補を新たに抽出する。以下、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、工程S105〜108の処理を行う。そして、工程S105の処理でYESと判定されると、ひび割れの検出を終了する。 Subsequently, the CPU 1 resets the smoothing parameter of the Gaussian filter stored in the RAM 3 to be smaller than the value set in step S102 according to the program stored in the ROM 2 (S111). Next, the CPU 1 reads out the preprocessed image stored in the RAM 3 according to the program stored in the ROM 2 and applies a Gaussian filter in which the smoothing parameter is set smaller, and smoothes it (S103). Subsequently, the CPU 1 applies a Laplacian filter to the smoothed preprocessed image to perform second-order differential processing, extracts edge points of the cracked area with subpixel accuracy (S104), and newly selects crack candidates. To extract. Thereafter, the CPU 1 performs the processes of steps S105 to S108 in accordance with a program stored in the ROM 2. And if it determines with YES by the process of process S105, the detection of a crack will be complete | finished.

実施例2は、図10に示す如き変状検出装置を用いて実施されるチョーク線の検出方法であり、処理の流れを示す図6を参照して以下に詳細に説明する。 The second embodiment is a choke line detection method implemented using the deformation detection apparatus as shown in FIG. 10, and will be described in detail below with reference to FIG. 6 showing the flow of processing.

(前処理済画像の取得)
CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3から原画像を読み出し、当該原画像に補正とノイズ除去を施して、前処理済画像を取得する(S201)。補正は、シェーディングによる照度ムラの補正である。ノイズの除去は、先ず周波数解析によって原画像から型枠などの周期的な線分の除去を行う。次に、周波数解析によって原画像から斑点状のムラの除去を行う。最後に、周波数解析によって原画像から汚れの除去を行う。このようにして、原画像に補正とノイズ除去の処理を施した前処理済画像を取得し、これをRAM3に記憶する。前記周波数解析は、原画像にFFTフィルタをかける画像処理である。FFTフィルタのパラメータは除去対象に応じて最適な値に選ばれる。図7に、前処理済画像の一例を示す。
(Pre-processed image acquisition)
The CPU 1 reads an original image from the RAM 3 according to a program stored in the ROM 2, performs correction and noise removal on the original image, and acquires a preprocessed image (S201). The correction is correction of uneven illuminance due to shading. To remove noise, first, periodic line segments such as molds are removed from the original image by frequency analysis. Next, spotted unevenness is removed from the original image by frequency analysis. Finally, dirt is removed from the original image by frequency analysis. In this manner, a preprocessed image obtained by performing correction and noise removal processing on the original image is acquired and stored in the RAM 3. The frequency analysis is image processing that applies an FFT filter to an original image. The parameters of the FFT filter are selected to the optimum values according to the removal target. FIG. 7 shows an example of the preprocessed image.

(チョーク線候補の抽出)
次に、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3に記憶されているガウシアンフィルタの平滑化パラメータを大きめの値に設定する(S202)。次に、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3に記憶されている前処理済画像を読み出してガウシアンフィルタを適用し、平滑化する(S203)。
(Extraction of chalk line candidates)
Next, the CPU 1 sets the smoothing parameter of the Gaussian filter stored in the RAM 3 to a larger value in accordance with the program stored in the ROM 2 (S202). Next, the CPU 1 reads out the preprocessed image stored in the RAM 3 according to the program stored in the ROM 2, applies a Gaussian filter, and smoothes it (S203).

続いて、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、平滑化された前処理済画像にラプラシアンフィルタを適用して2次微分処理を施して、チョーク線状領域のエッジ点をサブピクセル精度で抽出する(S204)。この処理によって抽出されたエッジ点は、チョーク線候補の輪郭線を構成するエッジ点と、線状ノイズ候補の輪郭線を構成するエッジ点である。従って、この工程S204の処理によって、前処理済画像からチョーク線候補と線状ノイズ候補が簡単且つ確実に抽出される。この段階では、チョーク線候補と線状ノイズ候補の区別はできないので、抽出されたエッジ点で囲まれた領域は、全てチョーク線候補と呼ぶ。これらのチョーク線候補は識別番号を付して、RAM3に記憶される。前記2次微分処理はラプラシアンフィルタを用いて行われているが、必ずしも、これに限定するものではない。ラプラシアンフィルタを前記平滑化された前処理済画像にかけると、エッジは鮮鋭化するので、エッジ点の抽出がし易くなるという利点がある。以上のS202からS204の一連の工程で、前処理済画像からチョーク線候補の抽出が確実になされる。図8に前処理済画像にガウシアン処理を施し、更にラプラシアンを施した画像の一例を示す。 Subsequently, according to the program stored in the ROM 2, the CPU 1 applies a Laplacian filter to the smoothed preprocessed image to perform a second order differentiation process, and the edge points of the choke linear area are subpixel-accurate. Extract (S204). The edge points extracted by this processing are the edge points constituting the outline of the choke line candidate and the edge points constituting the outline of the linear noise candidate. Therefore, the choke line candidate and the linear noise candidate are easily and reliably extracted from the preprocessed image by the process of step S204. At this stage, since the choke line candidate and the linear noise candidate cannot be distinguished, all the regions surrounded by the extracted edge points are called choke line candidates. These choke line candidates are assigned identification numbers and stored in the RAM 3. The secondary differentiation process is performed using a Laplacian filter, but is not necessarily limited to this. When the Laplacian filter is applied to the smoothed preprocessed image, the edges are sharpened, and there is an advantage that the edge points can be easily extracted. The choke line candidates are reliably extracted from the preprocessed image by the series of steps S202 to S204 described above. FIG. 8 shows an example of an image obtained by performing Gaussian processing on the preprocessed image and further applying Laplacian.

(チョーク線の抽出と線状ノイズの除去)
次に、CPU1は、チョーク線候補のエッジ点の特徴量を特定する(S205)。即ち、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3に記憶されている前処理済画像に1次微分を適用し、局所的に最大の1次微分値を有するピクセルを抽出する。前処理済画像に適用される前記1次微分は、水平方向や垂直方向ではなく、チョーク線候補領域の中心軸に対して直角方向に1次微分オペレータを適用する処理である。これは迅速化と実用上の精度を考慮した処理である。
(Choke line extraction and linear noise removal)
Next, the CPU 1 identifies the feature amount of the edge point of the choke line candidate (S205). That is, the CPU 1 applies the first derivative to the preprocessed image stored in the RAM 3 according to the program stored in the ROM 2 and extracts a pixel having the largest first derivative value locally. The primary differentiation applied to the preprocessed image is a process of applying the primary differentiation operator in a direction perpendicular to the central axis of the choke line candidate region, not in the horizontal direction or the vertical direction. This is a process that takes into account speed and practical accuracy.

ところで、デジタル画像ではデータが一定間隔に離散的に並んでいるので、真の意味での微分演算はできない。このため隣接画素同士の差をとる演算で微分を近似する。微分演算を行うための隣接画素同士の演算を表現する係数の組が微分オペレータである。微分オペレータの数値列は、周囲の画素にその位置に相当する係数を乗じて和をとる内積計算をする。或る座標点におけるエッジ方向は計算によりベクトルの向きθで求まるので、これに90°プラスした直角方向の1次微分を求めるには、例えば図5に示す如き45°刻みで8方向に回転させた1次微分オペレータを処理対象画像に適用することで求められる。チョーク線候補の中心軸は、1次微分を施す前にCPU1が対象のチョーク線候補について算出する。そして、CPU1は、求められた微分値の中から局所的に最大の微分値を有するピクセルを抽出する。このピクセルは、結果的に、工程S204で抽出されたエッジ点又はその近傍のピクセルである。 By the way, in a digital image, since data are arranged in a discrete manner at regular intervals, a true differential operation cannot be performed. For this reason, the differentiation is approximated by an operation for obtaining a difference between adjacent pixels. A set of coefficients expressing the calculation of adjacent pixels for performing a differential calculation is a differential operator. The numerical sequence of the differential operator performs an inner product calculation in which surrounding pixels are multiplied by a coefficient corresponding to the position to obtain a sum. Since the edge direction at a certain coordinate point is obtained by the vector orientation θ by calculation, in order to obtain the first-order differential in the perpendicular direction by 90 °, it is rotated in 8 directions in increments of 45 ° as shown in FIG. The first-order differential operator is obtained by applying it to the processing target image. The central axis of the choke line candidate is calculated by the CPU 1 for the target choke line candidate before performing the first-order differentiation. And CPU1 extracts the pixel which has the largest differential value locally from the calculated | required differential value. As a result, this pixel is a pixel at or near the edge point extracted in step S204.

前記1次微分値は前記ピクセルの輝度値の変化度合い、つまり輪郭線の俊鋭さを表すものであるから、周辺に比較して白い領域であるというチョーク線候補の特徴が工程S205の処理により数値化されたのである。工程S205は、領域の白っぽさを表す輝度値と領域のエッジの俊鋭さは1次微分値に直に反映されることに着目した処理だからである。 Since the first derivative value represents the degree of change in the luminance value of the pixel, that is, the sharpness of the contour line, the feature of the choke line candidate that is a white region compared to the periphery is numerically expressed by the process of step S205. It was made. This is because the process S205 focuses on the fact that the brightness value indicating the whitishness of the region and the sharpness of the edge of the region are directly reflected in the first-order differential value.

工程S205に続いて、CPU1は、ヒステリシス閾値処理を行って、チョーク線候補からチョーク線と線状ノイズの識別を行う(S206)。上記ヒステリシス閾値処理は、1次微分値が上限閾値Highと下限閾値Lowを超えているか否かを比較し、比較結果によって3種類の領域を特定する処理である。即ち、上限閾値Highを超える1次微分値を有するエッジ点で囲まれた領域は太いチョーク線、上限閾値Highを超えないが下限閾値Lowを超える1次微分値を有するエッジ点で囲まれた領域は細いチョーク線、そして下限閾値Lowを超えない1次微分値を有するエッジ点で囲まれた領域は線状ノイズである。これは、チョーク線と線状ノイズは周辺に比較して白っぽい線状の領域の白っぽさを表す輝度値並びに輪郭線の俊鋭さに違いがあることに着目した処理であり、この処理によって太いチョーク線と細いチョーク線が確実に抽出されると共に、線状ノイズが確実に除去される。この処理の段階で、除去される線状ノイズは表示画面から削除される。   Subsequent to step S205, the CPU 1 performs hysteresis threshold processing to identify the choke line and the linear noise from the choke line candidates (S206). The hysteresis threshold process is a process of comparing whether or not the primary differential value exceeds the upper limit threshold High and the lower limit threshold Low, and specifying three types of regions based on the comparison result. That is, a region surrounded by edge points having a primary differential value exceeding the upper threshold value High is a thick choke line, and a region surrounded by edge points having a primary differential value not exceeding the upper threshold value High but exceeding the lower threshold value Low. The area surrounded by the thin choke line and the edge point having the first differential value not exceeding the lower threshold value Low is linear noise. This is a process that pays attention to the difference between the brightness value representing the whitishness of the whitish line-shaped region and the sharpness of the contour line in the choke line and the line noise compared to the surroundings. Thick choke lines and thin choke lines are reliably extracted, and linear noise is reliably removed. At this stage of processing, the removed linear noise is deleted from the display screen.

(太いチョーク線に連結される細いチョーク線の抽出)
工程S206に続いて、CPU1は、太いチョーク線に結合される細いチョーク線の特定を行う(S207)。工程S206で、有意な太いチョーク線が特定されたが、細いチョーク線には線状ノイズも含まれている。なお、太いチョーク線とは、ここでは、検査員がチョークで普通にトンネル壁面に描画したときに描かれる程度の太さを指すものとする。従って、際限なく太いチョーク線は有意な太いチョーク線には含まず、むしろノイズに分類されるものとする。
(Extraction of thin chalk lines connected to thick chalk lines)
Subsequent to step S206, the CPU 1 specifies a thin choke line coupled to a thick choke line (S207). In step S206, a significant thick choke line is identified, but the thin choke line also includes linear noise. Here, the thick chalk line refers to a thickness that can be drawn when the inspector normally draws on the tunnel wall surface with chalk. Therefore, an infinitely thick choke line is not included in a significant thick choke line, but rather is classified as noise.

工程S207において、CPU1は太いチョーク線との距離と中心軸の方向が所定値以内にある細いチョーク線を閾値処理して選別し、これを太いチョーク線に結合される細いチョーク線として抽出した。即ち、前記閾値処理において、CPU1は太いチョーク線の観測点と細いチョーク線の観測点間の距離が所定値以内かを判定すると共に、太いチョーク線と細いチョーク線の中心軸間の角度が所定値以内かを判定し、判定結果が共にYESであれば、当該細いチョーク線は太いチョーク線に結合されるものと特定する。観測点は、太いチョーク線については、長手方向の両方の先端、並びに幅が最大の箇所で中心軸に直角方向の両方の先端の4つのエッジ点である。細いチョーク線の観測点は、太いチョーク線に最も近い端部である。前記太いチョーク線と細いチョーク線の観測点間の距離の所定値、並びに前太いチョーク線と細いチョーク線の中心軸間の角度の所定値はトンネル専門家の知見に基づいて設定され、RAM3に予め記憶されている。 In step S207, the CPU 1 selects a thin choke line whose distance from the thick choke line and the direction of the central axis are within a predetermined value by threshold processing, and extracts this as a thin choke line coupled to the thick choke line. That is, in the threshold processing, the CPU 1 determines whether the distance between the observation point of the thick choke line and the observation point of the thin choke line is within a predetermined value, and the angle between the central axis of the thick choke line and the thin choke line is predetermined. It is determined whether or not the value is within the range, and if both determination results are YES, the thin choke line is specified to be coupled to the thick choke line. The observation points for the thick choke line are the four edge points at both ends in the longitudinal direction and at both ends at the maximum width in the direction perpendicular to the central axis. The observation point of the thin choke line is the end closest to the thick choke line. The predetermined value of the distance between the observation points of the thick choke line and the thin choke line, and the predetermined value of the angle between the central axis of the front thick choke line and the thin choke line are set based on the knowledge of the tunnel specialist and stored in the RAM 3. Stored in advance.

(有意なチョーク線の抽出)
工程207に続いて、CPU1は工程S207で抽出された細いチョーク線を太いチョーク線に連結する連結処理による有意なチョーク線の抽出を行う(S208)。
(Significant choke line extraction)
Subsequent to step 207, the CPU 1 extracts a significant choke line by a connecting process for connecting the thin choke line extracted in step S207 to the thick choke line (S208).

工程S207に続いてCPU1はチョーク線が漏れなく抽出されたか否か判定する(S209)。この判定処理は、平滑化パラメータを大きな値から予定した最小の値まで変更しながら行ってきたチョーク線の抽出処理が全て終了したか否かの判定である。従って、平滑化パラメータを最小値として設定したガウシアンフィルタで平滑化した前処理済画像に対して、チョーク線の抽出が終了すれば、判定はYESとなり、チョーク線の検出は終了する。 Subsequent to step S207, the CPU 1 determines whether or not the choke line has been extracted without leakage (S209). This determination process is a determination as to whether or not all the choke line extraction processes performed while changing the smoothing parameter from a large value to a planned minimum value have been completed. Therefore, if choke line extraction is completed for a preprocessed image that has been smoothed by a Gaussian filter with the smoothing parameter set to the minimum value, the determination is YES and choke line detection ends.

工程S209の判定結果がYESならばチョーク線の抽出処理は終了し、NOならばCPU1は前処理済画像に対して工程S208で抽出されたチョーク線をマスクする(S210)。 If the determination result in step S209 is YES, the choke line extraction process ends, and if NO, the CPU 1 masks the choke line extracted in step S208 on the preprocessed image (S210).

続いてCPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3に記憶されているガウシアンフィルタの平滑化パラメータを工程S202で設定した値より小さめに設定し直す(S211)。次に、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、RAM3に記憶されている前処理済画像を読み出して平滑化パラメータを小さめに設定したガウシアンフィルタを適用し、平滑化する(S203)。続いて、CPU1は、平滑化した前処理済画像にラプラシアンフィルタを適用して2次微分処理を施して、チョーク線状の領域のエッジ点をサブピクセル精度で抽出し(S204)、チョーク線候補を新たに抽出する。以下、CPU1は、ROM2に格納されているプログラムに従って、工程S205〜208の処理を行う。そして、工程S209の処理でYESと判定されると、チョーク線の検出を終了する。図9に、抽出されたチョーク線を含むコンクリート表面画像の一例を示す。 Subsequently, the CPU 1 resets the smoothing parameter of the Gaussian filter stored in the RAM 3 to be smaller than the value set in step S202 in accordance with the program stored in the ROM 2 (S211). Next, the CPU 1 reads out the preprocessed image stored in the RAM 3 according to the program stored in the ROM 2 and applies a Gaussian filter in which the smoothing parameter is set smaller, and smoothes it (S203). Subsequently, the CPU 1 applies a Laplacian filter to the smoothed preprocessed image to perform second order differential processing, and extracts the edge points of the choke line area with sub-pixel accuracy (S204). Is newly extracted. Thereafter, the CPU 1 performs the processes of steps S205 to S208 in accordance with a program stored in the ROM 2. And if it determines with YES by the process of process S209, the detection of a choke line will be complete | finished. FIG. 9 shows an example of a concrete surface image including the extracted chalk line.

1 CPU
2 ROM
3 RAM
4 入力部
5 表示部
6 出力部
11〜18 ひび割れ
11a〜11d 観測点
12a、12b、13a、13b 観測点
14a、14b、15a、15b 観測点
16a、17a、18a 観測点




























1 CPU
2 ROM
3 RAM
4 Input part 5 Display part 6 Output part 11-18 Crack 11a-11d Observation point 12a, 12b, 13a, 13b Observation point 14a, 14b, 15a, 15b Observation point 16a, 17a, 18a Observation point




























Claims (9)

コンクリート表面の撮像画像である原画像に補正やノイズ除去を行って前処理済画像を取得する前処理工程、
前記前処理済画像に平滑化処理を施した後に、2次微分エッジフィルタを適用してサブピクセル精度で線状変状候補を抽出する工程、
前記前処理済画像に1次微分を施して前記線状変状候補のエッジ点の特徴量を求める工程と前記エッジ点の特徴量を求める際の評価に用いられた1次微分値を上限閾値と下限閾値と比較し、前記線状変状候補が太い線状変状、細い線状変状及び線状ノイズのいずれであるかを判定するヒステリシス閾値処理工程を含む前記線状変状候補から線状ノイズを除去すると共に太い線状変状並びに細い線状変状を抽出する工程、及び、
前記太い線状変状と細い線状変状との間の距離と方向を識別する工程、及び太い線状変状に連結できない細い線状変状は有意でない線状変状として抽出し、太い線状変状に連結できる細い線状変状は太い線状変状とともに有意な線状変状として抽出するコンクリート構造物の健全度判断の情報となる有意な線状変状を抽出する工程からなるコンクリート表面の線状変状検出方法
A preprocessing step of obtaining a preprocessed image by performing correction and noise removal on the original image which is a captured image of the concrete surface;
Applying a second-order differential edge filter after subjecting the preprocessed image to a smoothing process to extract linear deformation candidates with sub-pixel accuracy ;
A step of obtaining a feature amount of an edge point of the linear deformation candidate by subjecting the preprocessed image to a first derivative, and a first derivative value used for evaluation in obtaining the feature amount of the edge point as an upper limit threshold value From the linear deformation candidate including a hysteresis threshold processing step for determining whether the linear deformation candidate is a thick linear deformation, a thin linear deformation, or a linear noise. Removing linear noise and extracting a thick linear deformation and a thin linear deformation; and
The step of identifying the distance and direction between the thick linear deformation and the thin linear deformation, and the thin linear deformation that cannot be connected to the thick linear deformation is extracted as a non-significant linear deformation and is thick. The thin linear deformation that can be connected to the linear deformation is extracted from the process of extracting the significant linear deformation as information for judging the soundness of the concrete structure to be extracted as a significant linear deformation as well as the thick linear deformation. For detecting linear deformation of concrete surface
上記前処理工程は、原画像に撮影時の照度ムラを補正するシェーディングを施す工程、周波数解析により型枠の周期的な線成分を除去する工程、及び周波数解析によりアバタを除去する工程からなることを特徴とする請求項1に記載のコンクリート表面の線状変状検出方法。 The pre-processing step includes a step of performing shading for correcting illuminance unevenness at the time of photographing on an original image, a step of removing a periodic line component of a mold by frequency analysis, and a step of removing an avatar by frequency analysis. The method for detecting linear deformation of a concrete surface according to claim 1. 前記平滑化処理はガウシアンスムージングフィルタを用いて行われること特徴とする請求項1に記載のコンクリート表面の線状変状検出方法The method for detecting linear deformation of a concrete surface according to claim 1, wherein the smoothing process is performed using a Gaussian smoothing filter. 前記2次微分エッジフィルタはラプラシアンフィルタであること特徴とする請求項1に記載のコンクリート表面の線状変状検出方法The method for detecting linear deformation on a concrete surface according to claim 1, wherein the second-order differential edge filter is a Laplacian filter. 前記線状変状候補のエッジ点の特徴量を求める工程は、前記前処理済画像に前記線状変状候補の中心軸に対し直角方向の1次微分を施して局所的に最大の微分値を有するピクセルを抽出する工程であることを特徴とする請求項に記載のコンクリート表面の線状変状検出方法。 The step of obtaining the feature amount of the edge point of the linear deformation candidate is to perform a first-order differentiation in a direction perpendicular to the central axis of the linear deformation candidate on the preprocessed image, and to obtain a locally maximum differential value The method for detecting linear deformation of a concrete surface according to claim 1 , wherein the pixel is a step of extracting a pixel having a line. 前記太い線状変状と細い線状変状との間の距離と方向を識別する工程は、太い線状変状の観測点と細い線状変状の観測点との間の距離が所定値以内であり、且つ、前記太い線状変状と細い線状変状の中心軸の方向が所定値以内であれば、前記太い線状変状と細い線状変状は結合される変状と判定され、前記太い線状変状の観測点と細い線状変状の観測点との間の距離が所定値以上であるか、又は、前記太い線状変状と細い線状変状の中心軸の方向が所定値以上であれば、細い線状変状は太い線状変状には結合されないと判定され、さらに、太い線状変状の観測点と細い線状変状の観測点との間の距離が所定値以内であり、且つ、前記太い線状変状と細い線状変状の中心軸の方向が所定値以上であっても、細い線状変状の太さが閾値以上あれば、前記太い線状変状と細い線状変状は結合される変状と判定されることを特徴とする請求項に記載のコンクリート表面の線状変状検出方法。 In the step of identifying the distance and direction between the thick linear deformation and the thin linear deformation, the distance between the thick linear deformation observation point and the thin linear deformation observation point is a predetermined value. If the direction of the central axis of the thick linear deformation and the thin linear deformation is within a predetermined value, the thick linear deformation and the thin linear deformation are combined deformations A distance between the observation point of the thick linear deformation and the observation point of the thin linear deformation is a predetermined value or more, or the center of the thick linear deformation and the thin linear deformation If the direction of the axis is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the thin linear deformation is not combined with the thick linear deformation, and further, the observation point of the thick linear deformation and the observation point of the thin linear deformation are And the thickness of the thin linear deformation is equal to or greater than a threshold value even if the direction of the central axis of the thick linear deformation and the thin linear deformation is equal to or greater than a predetermined value. if there is Linear Deformation detection method of concrete surface according to claim 1 wherein the thick linear Deformation and thin linear Henjo is characterized in that it is determined that Deformation coupled. 前記観測点は、前記太い線状変状については中心軸の両端のエッジ点と前記中心軸に直角な最も広い幅の両端のエッジ点であり、且つ前記細い線状変状については中心軸の両端のエッジ点であることを特徴とする請求項に記載のコンクリート表面の線状変状検出方法。 The observation point is the an edge point of the ends of the thick linear Deformation widest edge points at both ends of the central axis and perpendicular to said central axis for, and a central axis for the thin linear Deformation The method for detecting linear deformation of a concrete surface according to claim 1 , wherein the edge points are at both ends. 前記線状変状はコンクリート表面のひび割れであることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のコンクリート表面の線状変状検出方法。 The linear deformation detection method for a concrete surface according to any one of claims 1 to 7 , wherein the linear deformation is a crack on the concrete surface. 前記線状変状はコンクリート表面に描かれたチョーク線であることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のコンクリート表面の線状変状検出方法。 Linear Deformation detection method of the concrete surface as claimed in any one of claims 1 to 7, characterized in that said linear Henjo is choke line drawn on the concrete surface.
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