JP6373725B2 - 打継面処理の評価方法及び評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートの打継面に施された打継面処理の評価方法及び評価装置に関するものである。

コンクリート構造物の打継面には、打継コンクリートとの付着性を良好にするために、高圧水等を用いて骨材の一部を打継面に露出させる処理（打継面処理）が施される。この打継面処理が十分であるか否かを評価する技術として、下記特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１では、ライン状のレーザー光線をコンクリート打継面に照射し、デジタルカメラで撮影した照射線を画像解析することで座標データとして抽出してコンクリート表面の評価を行っている。

特開２０１３−９６１７５号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、レーザー装置やそのレーザー装置に対して位置合わせされたカメラ等、比較的大がかりな仕組みが必要と考えられる。従って、コンクリート構造物の施工現場で打継面処理の程度を簡易に評価するといった運用には不向きである。そこで、本発明は、簡易な評価を可能にする打継面処理の評価方法及び評価装置を提供することを目的とする。

本発明の打継面処理の評価方法は、コンクリートの打継面に施された打継面処理の評価方法であって、打継面を撮像した画像データを取得する画像データ取得工程と、画像データを複数の画像ブロックに分割する画像分割工程と、画像分割工程で得られた画像ブロック毎に、輝度ヒストグラムを取得するヒストグラム取得工程と、各々の画像ブロックに対応する打継面の部位毎に、輝度ヒストグラムの分布状態に基づいて打継面処理の評価を行う評価工程と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の打継面処理の評価装置は、コンクリートの打継面に施された打継面処理の評価装置であって、打継面を撮像した画像データを取得する画像データ取得手段と、画像データを複数の画像ブロックに分割する画像分割手段と、画像分割手段で得られた画像ブロック毎に、輝度ヒストグラムを取得するヒストグラム取得手段と、各々の画像ブロックに対応する打継面の部位毎に、輝度ヒストグラムの分布状態に基づいて打継面処理の評価を行う評価手段と、を備えることを特徴とする。

これらの評価方法及び評価装置では、コンクリートの打継面の画像データの輝度ヒストグラムに基づいて打継面処理の評価が行われる。従って、単に打継面を２次元的に撮像するための比較的簡単なデバイスを使用することで、簡易に打継面の評価を実行することができる。

具体的には、評価工程では、輝度ヒストグラムから算出される所定の評価値の大小に基づいて打継面処理を評価することとしてもよい。更に具体的には、評価工程では、ヒストグラムのグラフのピークを示す輝度よりも高輝度側の領域の面積の、グラフ全体の面積に対する割合をＡとしたとき、割合Ａの関数値Ｆ（Ａ）を上記の評価値として使用することとしてもよい。更に具体的には、関数値Ｆ（Ａ）は、Ｆ（Ａ）＝１−２・Ａ で表されることとしてもよい。

また、本発明の打継面処理の評価方法は、上記画像データを表示すると共に、当該画像データ上の各々の画像ブロックに重ね合わせて、画像ブロックに対応する評価値に関連付けられた表示画像を表示する画像表示工程を備えてもよい。この構成によれば、ユーザは、評価結果を実際の画像データに対応させて参照することができる。

また、画像分割工程では、画像データが正方形の画像ブロックに分割され、画像ブロックに対応する打継面の正方形の部位の一辺は、コンクリートに含まれる骨材の最大直径のπ／（√２）倍以上であることとしてもよい。

本発明によれば、簡易な評価を可能にする打継面処理の評価方法及び評価装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る評価装置等を示すブロック図である。 図１の評価装置のハードウエア的な構成を示すブロック図である。 輝度ヒストグラムのグラフの一例を示す図である。 評価装置による画面表示の一例を示す図である。 画像ブロックの寸法を説明する図である。 本発明者らによる実験で得られたヒストグラムを示す図である。 本発明者らによる実験で得られたヒストグラムを示す図である。 本発明者らによる実験で得られた結果を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る打継面処理の評価方法及び評価装置の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る評価装置１及び評価装置１の評価対象であるコンクリート構造物５１の打継面５３を示す。一般に、打継を行ってコンクリート構造物５１を構築する場合には、次のような処理が打継面５３に施される。すなわち、打継される下層の打設後に、打継面５３上に遅延硬化剤が撒散され、打継面５３の表層に近い部分のコンクリートの硬化が遅延する。その後、打継面５３が高圧水で洗浄されることで打継面５３表層の未硬化モルタル部分が除去され、打継面５３上にはコンクリートに含まれる骨材が露出する。これにより打継面５３が粗面化され、上層の打継コンクリートとの付着性が向上する。このように、打継面５３上に骨材を露出させて粗面化する処理を、打継面処理と呼ぶ。

評価装置１は、コンクリート構造物５１の打継面５３の画像データに基づいて、当該打継面５３のコンクリート打継面処理がどの程度十分に施されているかを評価する装置である。換言すれば、評価装置１は、打継面５３に骨材がどの程度露出しているかを評価する装置である。

評価装置１は、打継面５３を撮像した画像データＤを取得する画像データ取得部（画像データ取得手段）１１と、上記画像データＤを複数の画像ブロックに分割する画像分割部（画像分割手段）１３と、画像分割部１３で得られた画像ブロック毎に、輝度ヒストグラムを取得するヒストグラム取得部（ヒストグラム取得手段）１５と、各々の画像ブロックに対応する打継面の部位毎に、輝度ヒストグラムの分布状態に基づいて打継面処理の程度を評価する評価部（評価手段）１７と、評価の結果を表示する結果表示部１９と、を備えている。評価装置１は、例えば、所定の評価プログラムがインストールされたラップトップ型のコンピュータ等で構成される。

図２は、評価装置１のハードウエア的な構成を示すブロック図である。図１に示される画像データ取得部１１、画像分割部１３、ヒストグラム取得部１５、評価部１７、及び結果表示部１９の機能は、評価装置１が、コンピュータソフトウエアである評価プログラムに従って動作することにより実現される。すなわち、上記各要素の機能は、図２に示すＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２などのハードウエア上に評価プログラム２１０を読み込ませることにより、ＣＰＵ２０１の制御のもとで外部記憶媒体読取装置２０６、入力装置２０７、出力装置２０８などを動作させるとともに、ＲＡＭ２０２や補助記憶装置２０４におけるデータの読み出しおよび書き込みを行うことで実現される。なお、例えばＤＶＤ等の外部記憶媒体２１１に電子情報として格納された評価プログラム２１０を、外部記憶媒体読取装置２０６を経由して補助記憶装置２０４やＲＡＭ２０２に読み込ませる（インストールする）ようにしてもよい。

図１に示されるように、評価装置１の画像データ取得部１１には、例えばデジタルカメラ２１で撮影された打継面５３の画像データＤが入力される。なお、画像データ取得部１１自身がデジタルカメラ２１等の撮像装置を含んでもよい。また、デジタルカメラに限られず写真スキャナや記憶媒体等から画像データＤが画像データ取得部１１に入力されてもよい。ここで、画像データＤは、２次元の写真データである。画像分割部１３は、画像データＤを複数の正方形の画像ブロックＨに等分割する。ここでは、１つの画像ブロックＨに対応する打継面５３上の正方形の一辺が、コンクリートに含まれる骨材の最大直径のπ／（√２）倍以上になるように画像ブロックＨのサイズを設定することが好ましい。なお画像ブロックの形状は正方形には限られず、長方形等の他の形状であってもよい。

ヒストグラム取得部１５は、画像ブロックＨ毎に、輝度ヒストグラムを取得する。輝度ヒストグラムは、例えば図３に例示されるように、横軸に輝度を取り縦軸に頻度を取ったグラフＧで表すことができる。評価部１７は、各々の画像ブロックＨに対応する打継面５３の部位毎に、輝度ヒストグラムの分布状態に基づいて打継面処理の程度を評価する。具体的には、評価部１７は、輝度ヒストグラムから算出される所定の評価値の大小に基づいて打継面処理の程度を評価する。ここで、打継面処理の程度とは、打継面５３上に骨材がどの程度露出しているかを意味し、具体的には、打継面５３に露出した骨材の領域の面積が、打継面５３全体の面積に対してどの程度の割合を占めているかを意味する。

更に具体的な評価部１７の処理について、図３の輝度ヒストグラムのグラフＧの例を参照しながら説明する。評価部１７は、グラフＧ全体の面積を１とするようにヒストグラムを正規化する。次に評価部１７は、グラフＧのピークを示す輝度ｂ０を取得し、輝度ｂ０よりも高輝度側におけるグラフＧの領域αの面積Ａを算出する。なお、面積Ａは、領域αの面積の、グラフＧ全体の面積に対する割合に相当する。そして、面積Ａの所定の関数値Ｆ（Ａ）が打継面処理の程度を示す評価値Ｂとされる。具体的には、例えば、Ｆ（Ａ）＝１−２・Ａで表される関数値Ｆ（Ａ）が評価値Ｂとして採用される。（１−２・Ａ）はグラフＧの領域βの面積に対応する。

そして、所定の基準値をＲとすれば、評価値Ｂ≧基準値Ｒのときに、対象の画像ブロックＨに対応する部位の打継面処理が十分に施されている、すなわち打継面５３に骨材が十分に露出している（合格）と判断される。また、評価値Ｂ＜基準値Ｒのときに、当該部位の打継面処理は不十分である、すなわち打継面５３に骨材が十分に露出していない（不合格）と判断される。例えば、基準値Ｒとしては０が採用される。

上述したような評価値Ｂによって打継面処理が十分か否かの判断が可能となる原理について説明する。打継されるコンクリートとの付着性を十分に確保するためには、打継面５３には骨材が十分に露出していることが好ましい。一般的には、コンクリートに用いられる骨材は、モルタルよりも暗い色彩のものが多い。従って、打継面５３を面に直交する方向から見た場合、骨材の露出面積が多いほど打継面５３は暗い色彩になっていくと考えられる。よって、打継面５３の画像データＤの輝度ヒストグラムの分布形状と骨材の露出との間には相関関係があると言える。具体的には、打継面５３における骨材の露出面積が多くなるほど、画像データＤの輝度ヒストグラムは低輝度側に移動する傾向にあると言える。

一般的に、打継面５３では、露出した骨材よりもモルタルが占める面積割合が高いと考えられるので、グラフＧの頻度のピークを示す輝度ｂ０は、モルタルの色彩に対応するものと考えられる。また、輝度ｂ０よりも高輝度側の領域αもすべてモルタルに起因するヒストグラムであると考えられる。またこの場合、モルタルの色彩が輝度ｂ０をピークとしてバラついていると考えれば、領域αと、当該領域αに対称な領域γとを合わせた領域が、打継面５３に露出したモルタルに起因するヒストグラムであると考えられる。そうすると、グラフＧ全体から領域αと領域γとを除いた領域βが、打継面５３に露出した骨材に起因するヒストグラムであると考えられる。よって、この領域βの面積の大小は、打継面５３に露出した骨材の面積の大小に対応すると考えられる。以上により、領域βの面積を評価値Ｂとして採用すれば、評価値Ｂが大きいほど打継面５３の骨材の露出面積が大きく、すなわち打継面処理が十分に施されていると判断することができる。本方法によれば、画像ブロックＨ内で相対的に明るい箇所をモルタルと判断するため、照度などの撮影環境の違いによらず、キャリブレーションなしに適用が可能である。なお、領域βの面積（１−２・Ａ）を評価値Ｂとすることは必須ではなく、面積Ａを演算に適した形式に適宜変換した種々の関数値Ｆ（Ａ）を評価値Ｂとして採用することができる。

続いて、結果表示部１９は、例えばディスプレイモニタなどの画像出力装置を含んでおり、図４に例示するように、評価の結果を画面表示する。具体的には、結果表示部１９は、打継面５３の画像データＤを画面表示し、画像データＤ上の各画像ブロックＨの上に重ね合わせて、各画像ブロックＨに対応する評価値Ｂに関連付けられた表示画像を画面表示する。具体的には、各画像ブロックＨの上に重ね合わせて、各画像ブロックＨに対応する評価値Ｂの数値が画面表示される。結果表示部１９は、評価値Ｂが基準値Ｒ未満である不合格の画像ブロックＨ１を所定の色彩で示すといったように、不合格の画像ブロックＨを目立たせる表示画像を重ね合わせてもよい。また、各々の画像ブロックＨに対して、評価値Ｂの数値を直接表示することは必須ではなく、例えば、評価値Ｂに対応する濃淡の色彩表示を重ねて表示してもよい。この場合、各画像ブロックＨの色彩の濃淡によって、打継面５３上の各部位の打継面処理の程度が表されることになる。また、上記の評価値Ｂの数値や濃淡の色彩表示等の複数種類の表示画像を組み合わせて表示してもよい。

このように、評価値Ｂに対応する表示を、実際の画像データＤと重ねて表示することで、ユーザは、打継面の各部位における評価結果を実際の画像データＤに対応させて参照することができる。例えば、実際の打継面５３には鉄筋が露出している場合等もあり、この鉄筋や鉄筋の陰影などが評価値Ｂに影響を及ぼす場合がある。これに対し、上記のような結果表示部１９の画面表示によれば、鉄筋に起因する不自然な評価値Ｂが表れた場合に、ユーザが画面上の実際の画像データＤを参照することで、その不自然な評価値Ｂの要因を確認することができる。

以上説明した評価装置１によって実行される打継面の評価方法の一例は、次の通りである。

まず、打継面処理が施された後の打継面５３が、ユーザによってデジタルカメラ２１で撮像される。ここでは、打継面５３に直交する方向から当該打継面５３を撮影することが好ましい。次に、デジタルカメラ２１で得られた画像データＤが評価装置１の画像データ取得部１１に入力される（画像データ取得工程）。その後、画像分割部１３によって、画像データＤが複数の正方形の画像ブロックＨに分割される（画像分割工程）。その後、ヒストグラム取得部１５によって、各画像ブロックＨの輝度ヒストグラムが取得される（ヒストグラム取得工程）。その後、評価部１７によって、輝度ヒストグラムに基づき各画像ブロックＨに対応する打継面５３の各部位毎の評価値Ｂが算出される。更に、評価値Ｂと基準値Ｒとの大小比較が行われて、各部位毎に合格／不合格が判定される（評価工程）。その後、結果表示部１９によって、打継面５３の画像データＤとその評価結果とが、重ねて画面表示される（画像表示工程）。ユーザは、この画面表示を参照することで、打継面処理が不十分な部位が打継面５３上に存在する場合に、その部位を知ることができる。

上述した評価装置１及び評価方法による作用効果について説明する。上述の評価装置１及び評価方法では、コンクリートの打継面５３の画像データＤの輝度ヒストグラムに基づいて打継面処理の評価が行われる。従って、単に打継面５３を２次元的に撮像するための比較的簡単なデバイス、例えばデジタルカメラ２１を使用することで、簡易に打継面５３の評価を実行することができる。

また前述のように、１つの画像ブロックＨに対応する打継面５３上の正方形の一辺を、コンクリートに含まれる骨材の最大直径のπ／（√２）倍以上とする作用効果について説明する。評価部１７の処理における、グラフＧのピークを示す輝度ｂ０がモルタルの色彩に対応するという前提は、１つの画像ブロックＨ内でモルタルが骨材よりも広い面積を占める場合により確実に成立すると考えられる。そこで、図５に示すような仮想の画像ブロックＨ’内において、モルタル部分５５の面積Ｓｍが骨材５７の面積Ｓａよりも大きくなる条件を考える。

コンクリート構造物５１のコンクリートに含まれる骨材が球体であると仮定し、その骨材の最大径（最大直径）をｄとし、画像ブロックＨ’に対応する打継面５３上の正方形の一辺をａとすると、Ｓｍ＞Ｓａが満足されるための条件は、a²>2π(d/2)² である。式を整理すると、ａ＞π／（√２）×ｄとなる。以上より、１つの画像ブロックＨに対応する打継面５３上の正方形の一辺ａを、コンクリートに含まれる骨材の最大直径ｄのπ／（√２）倍以上とすることにより、前述の打継面処理の評価に必要な前提がより確実に成立することになり、その結果、より正確な判定が可能になる。

続いて、打継面５３の打継面処理の程度と評価値Ｂとの間に相関関係が存在することを確認すべく、本発明者らが行った実験について説明する。

まず、それぞれ異なる打継面処理を施した６種類のコンクリート構造物の供試体１〜６を準備した。供試体１〜６の打継面をデジタルカメラで撮影して各画像データを得て、更に画像データを切り出して画像ブロックを得た。
供試体１：骨材のみを平面上に敷き詰めて打継面を模したもの
供試体２：打継面処理において、単位面積当たり１６０ｇの遅延硬化剤を使用したもの
供試体３：打継面処理において、単位面積当たり８０ｇの遅延硬化剤を使用したもの
供試体４：打継面処理において、単位面積当たり４０ｇの遅延硬化剤を使用したもの
供試体５：打継面にチッピング目粗し処理を施したもの
供試体６：打継面処理を施していないもの
ここで、遅延硬化剤としては、日本ジッコウ株式会社製の「ディスパライトＣＲ」を使用した。また、使用した骨材の最大直径は、20ｍｍとし、画像ブロックに対応する打継面上の正方形の一辺は500ｍｍとした。各供試体に施した上記の処理によれば、供試体１〜６の順に骨材の露出面積が大きくなる（供試体１の骨材の露出面積が最も大きく供試体６の骨材の露出面積が最も小さい）と考えられる。

各々の供試体の打継面の撮影は、次の４種類の条件下で実行した。
撮影条件１：撮影場所は室内、打継面が乾燥した状態で撮影
撮影条件２：撮影場所は室内、打継面が湿気を含んだ状態で撮影
撮影条件３：撮影場所は屋外、打継面が乾燥した状態で撮影
撮影条件４：撮影場所は屋外、打継面が湿気を含んだ状態で撮影

撮影条件１で得られた各供試体１〜６の画像ブロックの輝度ヒストグラムを図６（ａ）に示した。同様に、撮影条件２による各ヒストグラムを図６（ｂ）に、撮影条件３による各ヒストグラムを図７（ａ）に、撮影条件４による各ヒストグラムを図７（ｂ）に、示した。更に、各輝度ヒストグラムに基づいて評価値Ｂを算出し、図８（ａ），（ｂ）のグラフに示した。図８（ａ）のグラフは、撮影条件１，２による各供試体１〜６の評価値Ｂを示し、図８（ｂ）のグラフは、撮影条件３，４による各供試体１〜６の評価値Ｂを示している。

図８（ａ），（ｂ）のグラフから理解されるように、打継面の打継面処理の程度と評価値Ｂとの間には相関関係が存在することが確認された。特に、図８（ｂ）で示されるように、撮影条件４によれば、打継面５３の打継面処理の程度と評価値Ｂとの間に、比較的明確な正の相関関係が存在することが判った。従って、撮影場所を屋外とし、湿気を含んだ状態の打継面５３を撮影する方法が好ましいと考えられる。また、この方法によれば、打継面処理において打継面５３を高圧水で洗浄した後、撮影の前に打継面を乾燥させる必要がない点においても好ましい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、実施形態では輝度ヒストグラムのグラフＧの面積Ａの関数値Ｆ（Ａ）を評価値Ｂとする例を説明したが、評価値Ｂはこれに限定されない。例えば、十分な打継面処理が施された打継面に対応する理想の輝度ヒストグラムを予め準備しておき、評価対象の輝度ヒストグラムと理想の輝度ヒストグラムとの類似性を数値化して評価値Ｂとしてもよい。類似性の数値化の手法としては、例えば、評価対象の輝度ヒストグラムと理想の輝度ヒストグラムとの相関係数を算出して評価値Ｂとしてもよい。この場合、前述の供試体１に対応する輝度ヒストグラムを、理想の輝度ヒストグラムとして採用してもよい。

１…評価装置、１１…画像データ取得部、１３…画像分割部、１５…ヒストグラム取得部、１７…評価部、１９…結果表示部、５３…打継面、ｂ０…ピーク輝度、Ｄ…画像データ、Ｈ…画像ブロック。

Claims (6)

1. コンクリートの打継面に施された打継面処理の評価方法であって、
   前記打継面を撮像した画像データを取得する画像データ取得工程と、
   前記画像データを複数の画像ブロックに分割する画像分割工程と、
   前記画像分割工程で得られた前記画像ブロック毎に、輝度ヒストグラムを取得するヒストグラム取得工程と、
   各々の前記画像ブロックに対応する前記打継面の部位毎に、前記輝度ヒストグラムの分布状態に基づいて前記打継面処理の評価を行う評価工程と、を備え、
   前記評価工程では、
   前記打継面処理によって前記打継面に露出した骨材の面積に対応する評価値として前記輝度ヒストグラムから算出される所定の評価値の大小に基づいて前記打継面処理を評価することを特徴とするコンクリート打継面処理の評価方法。
2. コンクリートの打継面に施された打継面処理の評価方法であって、
   前記打継面を撮像した画像データを取得する画像データ取得工程と、
   前記画像データを複数の画像ブロックに分割する画像分割工程と、
   前記画像分割工程で得られた前記画像ブロック毎に、輝度ヒストグラムを取得するヒストグラム取得工程と、
   各々の前記画像ブロックに対応する前記打継面の部位毎に、前記輝度ヒストグラムの分布状態に基づいて前記打継面処理の評価を行う評価工程と、を備え、
   前記評価工程では、
   前記ヒストグラムのグラフのピークを示す輝度よりも高輝度側の領域の面積の、前記グラフ全体の面積に対する割合をＡとしたとき、
   前記割合Ａの関数値Ｆ（Ａ）を前記評価値として使用することを特徴とする打継面処理の評価方法。
3. 前記関数値Ｆ（Ａ）は、
   Ｆ（Ａ）＝１−２・Ａで表されることを特徴とする請求項２に記載の打継面処理の評価方法。
4. 前記画像データを表示すると共に、当該画像データ上の各々の前記画像ブロックに重ね合わせて、前記画像ブロックに対応する前記評価値に関連付けられた表示画像を表示する画像表示工程を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の打継面処理の評価方法。
5. コンクリートの打継面に施された打継面処理の評価方法であって、
   前記打継面を撮像した画像データを取得する画像データ取得工程と、
   前記画像データを複数の画像ブロックに分割する画像分割工程と、
   前記画像分割工程で得られた前記画像ブロック毎に、輝度ヒストグラムを取得するヒストグラム取得工程と、
   各々の前記画像ブロックに対応する前記打継面の部位毎に、前記輝度ヒストグラムの分布状態に基づいて前記打継面処理の評価を行う評価工程と、を備え、
   前記画像分割工程では、
   前記画像データが正方形の前記画像ブロックに分割され、
   前記画像ブロックに対応する前記打継面の正方形の部位の一辺は、
   前記コンクリートに含まれる骨材の最大直径のπ／（√２）倍以上であることを特徴とする打継面処理の評価方法。
6. コンクリートの打継面に施された打継面処理の評価装置であって、
   前記打継面を撮像した画像データを取得する画像データ取得手段と、
   前記画像データを複数の画像ブロックに分割する画像分割手段と、
   前記画像分割手段で得られた前記画像ブロック毎に、輝度ヒストグラムを取得するヒストグラム取得手段と、
   各々の前記画像ブロックに対応する前記打継面の部位毎に、前記輝度ヒストグラムの分布状態に基づいて前記打継面処理の評価を行う評価手段と、を備え、
   前記評価手段は、
   前記打継面処理によって前記打継面に露出した骨材の面積に対応する評価値として前記輝度ヒストグラムから算出される所定の評価値の大小に基づいて前記打継面処理を評価することを特徴とするコンクリート打継面処理の評価装置。

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