JP6927694B2 - トンネル覆工画像作成システム、および、トンネル覆工画像作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの内壁面の連続画像を作成する、トンネル覆工画像作成システム、および、トンネル覆工画像作成方法に関する。

トンネルの劣化や異常を調査する方法として、トンネルの内壁面を撮影装置で撮影し、得られたトンネルの内壁面の画像を用い、トンネルの劣化状態を確認するものがある。
この画像は、例えば、走行する保守車両に搭載された撮影装置を介して撮影される。
撮影の対象となる覆工面には、結露や地下水等の水滴が付着している場合がある。

このような水滴が付着した覆工面を、通常の方法で撮影すると、水滴が鏡面反射し、その反射領域が、画像には白とびとして表れることになって、覆工面の確認が困難になる、という問題があった。
また、撮影対象である覆工面は、曲面状であり、かつ、複数の撮影装置によって得られた画像を組み合わせて、連続した一連の平面状の画像に加工する必要もある。

特願２０１５−４９７６５

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、白とびを発生させない状態で、トンネルの内壁面を撮影し、これを一連の平面状に加工して、トンネル覆工画像を簡単かつ低コストで作成できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかるトンネル覆工画像作成システムは、
トンネルの内部を走行し得る調査車両と、
調査車両に搭載され、トンネルの覆工面を撮影し得る、少なくとも１台の撮影装置と、
を具備するトンネル覆工画像作成システムであって、
撮影装置の撮影軸が、調査車両の走行方向に沿って、前方または後方のいずれか一方に傾斜する
ことを特徴とする。

また、本発明にかかるトンネル覆工画像作成システムは、前記のシステムにおいて、
撮影装置の撮影軸の傾斜角が、５°以上であることを特徴とする。

また、本発明にかかるトンネル覆工画像作成システムは、前記のシステムにおいて、
撮影装置が、異なる方向を撮影し得る複数あり、
各撮影画像の歪みを補正し、それぞれ、補正画像を生成する画像補正手段と、
各撮影装置の焦点距離の情報から、各撮影装置と覆工面との距離を特定し、トンネル内における調査車両の走行位置を算出する走行位置推定手段と、
各補正画像を、走行位置推定手段によって算出された走行位置の情報を基準に、予め定められたスパンで切り分け、走行位置の情報が紐付けされた分割画像を生成する補正画像分割手段と、
生成された分割画像のうち、同一の走行位置の情報に対応する分割画像を組み合わせ、覆工面の輪切り方向に沿った、走行位置の情報を有する帯状の画像を生成する帯画像生成手段と、
各帯画像の走行位置の情報に基づき、帯画像を順次配列して平面状の覆工画像を生成する覆工画像生成手段と、
を具備することを特徴とする。

また、本発明にかかるトンネル覆工画像作成システムは、前記のシステムにおいて、
帯画像生成手段が、
調査車両の走行位置と、各撮影装置の画角の重なりに基づいて、各分割画像中に、対応点を設定し、対応点が重複するよう、各分割画像を組み合わせる
ことを特徴とする。

また、本発明にかかるトンネル覆工画像作成方法は、
調査車両に搭載され、その撮影軸が、調査車両の走行方向に沿って、前方または後方のいずれか一方に傾斜する撮影装置を介し、トンネルの覆工面を撮影する撮影ステップを含むことを特徴とする。

また、本発明にかかるトンネル覆工画像作成方法は、前記の方法において、
撮影装置の撮影軸の傾斜角が、５°以上であることを特徴とする。

また、本発明にかかるトンネル覆工画像作成方法は、前記の方法において、
撮影ステップが、異なる方向を撮影し得る複数の撮影装置を介して、複数の画像を生成するステップであり、
各撮影画像の歪みを補正し、それぞれ、補正画像を生成する画像補正ステップと、
各撮影装置の焦点距離の情報から、各撮影装置と覆工面との距離を特定し、トンネル内における調査車両の走行位置を算出する走行位置推定ステップと、
各補正画像を、走行位置推定手段によって算出された走行位置のデータを基準に、予め定められたスパンで切り分け、走行位置の情報が紐付けされた分割画像を生成する補正画像分割ステップと、
生成された分割画像のうち、同一の走行位置の情報に対応する分割画像を組み合わせ、覆工面の輪切り方向に沿った、各走行位置の情報に紐付けされた帯状の画像を生成する帯画像生成ステップと、
各帯画像の走行位置の情報に基づき、帯画像を順次配列して平面状の覆工画像を生成する覆工画像生成ステップと、
を含む
ことを特徴とする。

また、本発明にかかるトンネル覆工画像作成方法は、前記の方法において、
帯画像生成ステップが、調査車両の走行位置と、各撮影装置の画角の重なりに基づいて、各分割画像中に対応点を設定し、対応点が重複するよう、各分割画像を組み合わせる処理を含む
ことを特徴とする。

上記の本発明では、トンネルの覆工面の平面画像を、簡単かつ低コストで、白とびのない状態で鮮明に作成でき、得られた覆工面の画像を、トンネルの覆工面の保守管理における重要な資料として利用して、覆工面の劣化や損傷を早期に確実に確認できるようになる。

図１は、従来の撮影方法による覆工面の撮影画像である。 図２は、図１の撮影画像中の枠で囲った領域の部分拡大画像である。 図３は、図１の撮影状況を示す説明図である。 図４は、本発明にかかるトンネル覆工画像作成システムの一実施例の構成をしめすブロック図である。 図５は、本発明にかかるトンネル覆工画像作成システムによる撮影状況を示す説明図である。 図６は、図５に示した撮影装置の配置状況を示す説明図である。 図７は、本発明における調査車両の走行位置の推定方法の原理を示す説明図である。 図８は、本発明における対応点の設定方法の原理を示す説明図である。 図９は、本発明にかかるトンネル覆工画像作成方法の一実施例の動作を示すフローチャートである。 図１０は、本発明における画像の分割から再配列に至る状態を説明する概念図である。 図１１は、図４に示した撮影装置で撮影された画像の一部の一例である。 図１２は、図１１の同一箇所で白とびが発生した状態の画像の一部の一例である。

以下、図面に基づき、本発明を具体的に説明する。
図１は、従来の撮影方法による覆工面の撮影画像、図２は、図１の撮影画像中の枠で囲った領域の部分拡大画像、図３は、図１の撮影状況を示す説明図、図４は、本発明にかかるトンネル覆工画像作成システムの一実施例の構成をしめすブロック図、図５は、本発明にかかるトンネル覆工画像作成システムによる撮影状況を示す説明図、図６は、図５に示した撮影装置の配置状況を示す説明図、図７は、本発明における調査車両の走行位置の推定方法の原理を示す説明図、図８は、本発明における対応点の設定方法の原理を示す説明図、図９は、本発明にかかるトンネル覆工画像作成方法の一実施例の動作を示すフローチャート、図１０は、本発明における画像の分割から再配列に至る状態を説明する概念図、図１１は、図４に示した撮影装置で撮影された画像の一部の一例、図１２は、図１１の同一箇所で白とびが発生した状態の画像の一部の一例である。

まず、白とびが発生した状態のトンネルの覆工面の撮影画像について、図１から図３に基づいて説明する。
図３中、１０は調査車両、１０ａは撮影軸、２０はトンネルの覆工である。
この撮影画像は、図３に示した調査車両１０に搭載された図示しない撮影装置によって得られたものである。

この従来の撮影では、覆工面に対し、撮影軸が直角に設定されている。
このため、覆工面に付着する結露による水滴が光を反射し、この反射領域が、図１および図２に示したように、白とびとなって画像に表れる。
このような白とびが発生した場合、白とびの領域内の覆工面の状態は、撮影画像からは確認ができない。

次に、図４、図５に基づき、本発明にかかる覆工面の撮影状況を説明する。
図４中、３は本発明にかかるトンネル覆工画像作成システム、３０はトンネル覆工画像作成システムの動作を制御する制御手段、３０１は制御手段３０に接続された格納手段、３０２は、制御手段３０に接続されたディスプレイ手段、３０３は制御手段３０に接続された入力手段、３１０、３１１および３１２は制御手段３０に接続された撮影装置、３１ａは撮影装置の撮影軸、３２は、制御手段３０に接続された画像補正手段、３３は制御手段３０に接続された走行位置推定手段、３４は制御手段３０に接続された画像補正分割手段、３５は帯画像生成手段、３６は覆工画像生成手段である。

制御手段３０には、格納手段３０１、ディスプレイ手段３０２、入力手段３０３が接続される。
格納手段３０１は、少なくとも、本システムの動作に必要なプログラム、および、作成または編集された画像ファイル、各種情報ファイルを格納する。

ディスプレイ手段３０２は、本システムの動作に必要な操作画面、作成された画像、編集された画像等を表示する。
入力手段３０３は、本システムの操作に必要な操作入力を行うための入力インターフェース、具体的には、例えば、キーボード、マウス、タッチパネルである。

撮影装置３１０、３１１および３１２は、例えば、道路の保守管理に使用される車両に搭載され、走行中に、路面や構造物を撮影するために用いられる公知のカメラである。
これら撮影装置３１０、３１１および３１２は、図示しない調査車両に搭載され、その撮影軸３１ａは、図５に示したように、調査車両の走行方向に沿って前方に８°傾斜する。

また、各撮影装置３１０、３１１および３１２は、図６に示したように、その画角が、下段、中断および上段となるように、調査車両１０に搭載され、隣接する画角は、撮影視野の周縁部で重なるようになっている。

この撮影装置で撮影された画像の一例を、図１１に示した。
この図１１によると、目地が曲がった状態ではあるものの、白とびは発生していないことがわかる。
なお、参考のために、図１１の撮影位置と同一箇所で、従来、即ち、覆工面に正対した撮影装置で撮影を行うと、図１２に示したように、白とびが発生することがわかる。

画像補正手段３２は、曲面を撮影して得られた画像から、歪みを除去する補正をするソフトウェアであり、道路保守の業界では、既に公知になっている技術である。
具体的には、画像中の直線の像の歪みを直線状に戻す処理を実行する。

走行位置推定手段３３は、撮影装置３１０、３１１、３１２の作動によって得られるそれぞれの焦点距離の情報に基づき、各撮影装置３１０、３１１、３１２と覆工面との距離を算出して特定し、トンネル内における調査車両１０との走行位置を算出する。

算出された走行位置の情報は、撮影装置３１０、３１１、３１２の撮影によって得られた画像に紐付け可能に格納され、画像と撮影位置とがリンク付けされる。
この自走位置の推定は、図７に示したように、各撮影装置３１０、３１１、３１２と覆工面との距離に基づき、収束計算によって推定される。

補正画像分割手段３４は、走行位置推定手段３３によって算出された走行位置の情報を基準に、予め定められたスパンで切り分け、切り分けられた画像に、それぞれ、その画像に対応する走行位置の情報を紐付け、走行位置の情報が紐付けられた分割画像を生成する。

帯画像生成手段３５は、生成された分割画像のうち、同一の走行位置の情報に対応する分割画像同士を組み合わせ、覆工面の輪切り方向に沿った、走行位置の情報を有する帯状の画像を生成する帯画像を生成する。

このとき、帯画像生成手段３５は、調査車両１０の走行位置と、各撮影装置３１０、３１１、３１２の画角の重なりに基づいて、各分割画像中に、対応点を設定し、対応点が重複するよう各分割画像を組み合わせることにより、帯画像を生成する。
図８に示したように、調査車両１０の走行位置が判明すれば、画角の重なりを正確に演算することができ、この演算結果に基づき、対応点は、この重なりの内部に設定することができる。

覆工画像生成手段３６は、各帯画像の走行位置の情報に基づき、帯画像を順次配列して、平面状の平面画像に再構成して、平面状の覆工画像を生成する。
この再構成は、各帯画像に、既に設定されている対応点のパラメータを引き継ぐことにより、貼り付けを自動化することができる。

次に、図９に基づき、上記のトンネル履行画像作成システムの動作について具体的に説明する。
なお、以下の動作は、上記の実施例の動作であるので、以下の説明では、個々の構成要素の機能の説明や配置等、重複する説明については省略する。

まず、調査車両１０をトンネル入口に配車し、撮影装置３１０、３１１、３１２を動作させると共に、調査車両１０を走行させ、覆工面を撮影する（撮影ステップＳ０１）。

次に、撮影によって得られた画像の歪みを補正し、それぞれ、補正画像を生成する（画像補正ステップＳ０２）。

次に、各撮影装置３１０、３１１、３１２の焦点距離の情報から、各撮影装置３１０、３１１、３１２と覆工面との距離を特定し、トンネル内における調査車両の走行位置を算出し、走行位置を推定する（走行位置推定ステップＳ０３）。

次に、各補正画像を、走行位置推定手段によって算出された走行位置のデータを基準に、予め定められたスパンで切り分け、走行位置の情報が紐付けされた分割画像を生成する（補正画像分割ステップＳ０４）。

次に、生成された分割画像のうち、同一の走行位置の情報に対応する分割画像を組み合わせ、覆工面の輪切り方向に沿った、各走行位置の情報に紐付けられた帯状の画像を生成する（帯画像生成ステップＳ０５）。

この帯画像の生成は、調査車両の走行位置と、各撮影装置３１０、３１１、３１２の画角の重なりに基づいて設定された対応点が重複するよう実行される。
なお、分割画像の生成から帯画像の生成の具体例を具体的に示すと、分割および再配列は、図１０に示したように実行される。
この図１０において、左側の横方向に延びる矩形は、各撮影装置を介して得られた画像を示し、図中、左側がトンネル入口側、右側がトンネル出口側である。

そして、この図１０においては、６条の画像、即ち、のべ６台の撮影装置によって得られた画像が示されているが、これは、同一方向２車線のトンネルを、撮影角度を変更した撮影装置を搭載した調査車両を用い、走行車線および追越車線を走行させて撮影を実行した結果、走行車線では向かって左側から上側、追越車線では上方から向かって右側の覆工面を撮影したことによる。

次に、各帯画像の走行位置の情報に基づき、帯画像を順次配列して平面上の覆工画像を生成する（覆工画像生成ステップＳ０６）。

本発明によると、最終的に生成された覆工画像には、白とびが含まれず、覆工面の状態を確実に観察することができ、簡単かつ確実に、さまざまな異変を極めて早期に発見することが可能になる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されず、本発明の範囲内で自由に設計変更できるものである。
例えば、撮影装置の台数は、３台以外であってもよく、また、各撮影装置の画角も、覆工面を満遍なく撮影し得る範囲で自由に設定できる。

また、撮影装置の撮影軸の傾斜は、上記の実施例では８°としたが、これは特に推奨される角度の下限であって、その傾斜角は、撮影装置に対して反射が入り込まないような角度に設定できればよく、具体的には５°以上であれば本発明の作用効果を奏しうることが確認された。

また、１車線のトンネルであれば、複数の撮影装置を、全覆工面を一度に撮影し得るよう設定し、１往路で履行画像を生成できるようにしてもよい。
また、往復１車線のトンネルであれば、図６に示した画角の撮影装置を搭載した調査車両を撮影しながら往復させ、一方の画像を回転、反転させて、画像におけるトンネル内の走行位置と画像の撮影位置とを紐付けすればよい。

また、トンネルが複数車線ある場合、上方のみを撮影する撮影装置を搭載した調査車両が用いる。
このように、撮影装置の角度は、調査環境に応じて自由に設定できるようにしておくことが望ましい。

本発明は、トンネルの覆工面の平面画像を、簡単かつ低コストで、白とびのない状態で鮮明に作成でき、得られた覆工面の画像を、トンネルの覆工面の保守管理における重要な資料として利用して、覆工面の劣化や損傷を早期に確実に確認できるようになり、トンネルの覆工面の保守管理が容易になる。

１０ 調査車両
１０ａ 撮影軸
２０ トンネルの覆工
３ トンネル覆工画像作成システム
３０ トンネル覆工画像作成システムの動作を制御する制御手段
３０１ 格納手段
３０２ ディスプレイ手段
３０３ 入力手段
３１０ 撮影装置
３１１ 撮影装置
３１２ 撮影装置
３１ａ 撮影軸
３２ 画像補正手段
３３ 走行位置推定手段
３４ 画像補正分割手段
３５ 帯画像生成手段
３６ 覆工画像生成手段

Claims (2)

1. トンネルの内部を走行し得る調査車両と、
   調査車両に搭載され、トンネルの覆工面を撮影し得る、少なくとも１台の撮影装置と、
   を具備するトンネル覆工画像作成システムであって、
   撮影装置の撮影軸が、調査車両の走行方向に沿って、前方または後方のいずれか一方に、傾斜する
   上記のトンネル覆工画像作成システムであって、
   異なる方向を撮影し得る複数の前記撮影装置が備えられ、
   各撮影画像の歪みを補正し、それぞれ、補正画像を生成する画像補正手段と、
   各撮影装置の焦点距離の情報から、各撮影装置と覆工面との距離を特定し、トンネル内における調査車両の前記覆工面の輪切り方向に沿った走行位置を算出する走行位置推定手段と、
   各補正画像を、走行位置推定手段によって算出された前記覆工面の輪切り方向に沿った走行位置の情報を基準に、予め定められた前記トンネルの走行方向に沿った覆工面の幅に切り分け、走行位置の情報が紐付けされた分割画像を生成する補正画像分割手段と、
   生成された分割画像のうち、前記トンネルの走行方向に沿った同一の走行位置の情報に対応する分割画像を組み合わせ、覆工面の輪切り方向に沿った、走行位置の情報を有する帯状の画像を生成すると共に、調査車両の前記覆工面の輪切り方向に沿った走行位置と、各撮影装置の画角の重なりに基づいて、各分割画像中に、対応点を設定し、対応点が重複するよう、各分割画像を組み合わせる帯画像生成手段と、
   各帯画像の走行位置の情報に基づき、帯画像を順次配列して平面状の覆工画像を生成する覆工画像生成手段と、
   を具備するトンネル覆工画像作成システム。
2. 調査車両に搭載され、その撮影軸が、調査車両の走行方向に沿って、前方または後方のいずれか一方に傾斜する撮影装置を介し、トンネルの覆工面を撮影する撮影ステップを含むトンネル覆工画像作成方法であって、
   撮影ステップが、異なる方向を撮影し得る複数の撮影装置を介して、複数の画像を生成するステップであり、
   各撮影画像の歪みを補正し、それぞれ、補正画像を生成する画像補正ステップと、
   各撮影装置の焦点距離の情報から、各撮影装置と覆工面との距離を特定し、トンネル内における調査車両の前記覆工面の輪切り方向に沿った走行位置を算出する走行位置推定ステップと、
   各補正画像を、走行位置推定手段によって算出された前記覆工面の輪切り方向に沿った走行位置のデータを基準に、予め定められた前記トンネルの走行方向に沿った覆工面の幅に切り分け、走行位置の情報が紐付けされた分割画像を生成する補正画像分割ステップと、
   生成された分割画像のうち、前記トンネルの走行方向に沿った同一の走行位置の情報に対応する分割画像を組み合わせ、覆工面の輪切り方向に沿った、各走行位置の情報に紐付けされた帯状の画像を生成すると共に、調査車両の前記覆工面の輪切り方向に沿った走行位置と、各撮影装置の画角の重なりに基づいて、各分割画像中に、対応点を設定し、対応点が重複するよう、各分割画像を組み合わせる帯画像生成ステップと、
   各帯画像の走行位置の情報に基づき、帯画像を順次配列して平面状の覆工画像を生成する覆工画像生成ステップと、
   を含むトンネル覆工画像作成方法。
   

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