JP7336750B2 - 予測装置及び予測方法 - Google Patents

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Description

本開示は、対象物に生じる亀裂の進展方向を予測する予測装置及び予測方法に関する。
従来、対象物の外観を調査する技術として、例えば、特許文献１には、構造物の時系列画像から画像相関演算を用いて変位を遠隔から非接触で算出する技術が開示されている。
また、複数の計測点について算出した変位を微分することにより、構造物のひずみ及び応力を求め、応力から主応力の方向を求めることにより、亀裂の進展方向を予測できることが知られている。
特開２０１６－１７６８０６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、構造物の時系列画像から画像相関演算を用いて変位を算出するため、カメラノイズなどに起因する誤差の影響を受けやすい。このため、画像相関演算を用いて算出した変位を微分し、求めた応力を用いて主応力を算出するという、従来技術の組み合わせによる方法では、亀裂の進展方向を精度良く求めることができないという課題があった。
そこで、本開示では、対象物に生じる亀裂の進展方向を精度良く予測できる予測装置及び予測方法を提供する。
本開示の一態様に係る予測装置は、対象物に生じる亀裂の進展方向を予測するための予測装置であって、前記対象物の映像を取得する取得部と、取得した前記映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する導出部と、前記複数の領域の中から、前記複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する選択部と、選択した前記２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、前記進展方向として特定する特定部と、を備える。
なお、上記の包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータで読み取り可能な記録ディスクなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記録媒体を含む。本開示の一態様の付加的な恩恵及び有利な点は、本明細書及び図面から明らかとなる。この恩恵及び／又は有利な点は、本明細書及び図面に開示した様々な態様及び特徴により個別に提供され得るものであり、その一以上を得るために全てが必要ではない。
本開示に係る予測装置及び予測方法によれば、対象物に生じる亀裂の進展方向を精度良く予測できる。
図１は、実施の形態１における予測システムの構成の一例を示す概略図である。 図２は、実施の形態１に係る予測装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１に係る予測装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、図３に示すステップＳ４０に含まれる処理の詳細なフローを示すフローチャートである。 図５は、撮像された映像における複数の領域から基準領域を決定する一例を示す図である。 図６は、図５に示す基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する一例を示す図である。 図７は、図６に示す集合領域の長手方向を示す図である。 図８は、亀裂の進展方向を示す図である。 図９は、実施の形態２に係る予測装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図１０は、実施の形態２に係る予測装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１１は、図１０に示すステップＳ４１に含まれる処理の詳細なフローを示すフローチャートである。
（本開示の概要）
本開示の一態様に係る予測装置は、対象物に生じる亀裂の進展方向を予測するための予測装置であって、前記対象物の映像を取得する取得部と、取得した前記映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する導出部と、前記複数の領域の中から、前記複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する選択部と、選択した前記２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、前記進展方向として特定する特定部と、を備える。
これにより、対象物における亀裂の進展し得る方向を求める場合に、例えば、ひずみ値の算出式などを用いる必要がない。そのため、映像に起因するノイズなどの影響があっても、誤差の影響を低減することができる。したがって、本開示の一態様に係る予測装置によれば、対象物に生じる亀裂の進展方向を精度良く予測できる。
例えば、本開示の一態様に係る予測装置では、前記基準領域は、前記亀裂の先端周辺を含む領域であってもよい。
これにより、対象物に既に亀裂が生じている場合について、本開示の一態様に係る予測装置は、亀裂が進展し得る方向を予測することができる。
例えば、本開示の一態様に係る予測装置では、前記基準領域の変位と類似する変位は、前記基準領域の変位との差分が閾値以内の変位であってもよい。
これにより、基準領域の変位と類似度の高い領域が選択される。
例えば、本開示の一態様に係る予測装置では、前記導出部は、前記映像における一部の範囲を決定し、決定された前記一部の範囲に含まれる前記複数の領域のそれぞれの変位を導出してもよい。
これにより、処理量が減少するため、予測装置に掛かる負担が低減され、予測装置の処理速度が向上される。
例えば、本開示の一態様に係る予測装置では、前記導出部は、前記映像に含まれる２以上の画像から前記複数の領域のそれぞれの変位を導出してもよい。
これにより、時間的に異なる２以上の画像を用いて、複数の領域のそれぞれの変位を適切に導出することができる。
例えば、本開示の一態様に係る予測装置は、さらに、前記複数の領域のそれぞれの変位に対して、前記映像を撮像する撮像部からの距離に応じて、前記複数の領域のそれぞれにおいて実際に変位した距離の比率が反映されるようにスケール補正を行うスケール補正部を備え、前記選択部は、スケール補正された前記複数の領域のそれぞれの変位を用いて、前記２以上の領域を選択してもよい。
これにより、複数の領域のそれぞれの変位を、より精度良く導出することができる。また、補正された変位を利用するため、本開示の一態様に係る予測装置は、亀裂の進展方向をより精度良く特定することができる。
また、本開示の一態様に係る予測方法は、対象物に生じる亀裂の進展方向を予測する予測方法であって、前記対象物の映像を取得する取得ステップと、取得した前記映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する導出ステップと、前記複数の領域の中から、前記複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する選択ステップと、選択した前記２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、前記進展方向として特定する特定ステップと、を有する。
これにより、対象物における亀裂の進展し得る方向を求める場合に、例えば、ひずみ値の算出式などを用いる必要がない。そのため、映像に起因するノイズなどの影響があっても、誤差の影響を低減することができる。したがって、本開示の一態様に係る予測方法によれば、対象物に生じる亀裂の進展方向を精度よく予測できる。
なお、上記の包括的又は具体的な態様はシステム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータで読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ等の不揮発性の記録媒体を含む。
以下、本開示の実施の形態に係る予測装置及び予測方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ（工程）、ステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、以下の実施の形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を伴った表現についても同様である。また、以下の実施の形態の説明は、主要な部分が同じであること、あるいは、２つの要素が共通の性質を有することなどを意味する。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては、同一の符号を付しており、重複する説明は、省略又は簡略化される場合がある。
（実施の形態１）
［１－１．予測システムの概要］
まず、実施の形態１における予測システムの概要について、図１を参照しながら具体的に説明する。図１は、実施の形態１における予測システム３００の構成の一例を示す概略図である。
予測システム３００は、対象物２に生じる亀裂４の進展方向を予測するためのシステムであり、予測装置１００と、撮像装置２００と、を備える。
撮像装置２００は、例えば、イメージセンサを備えるデジタルビデオカメラ又はデジタルスチルカメラである。撮像装置２００は、対象物２の映像を撮像する。より具体的には、撮像装置２００は、亀裂４が生じた領域又は亀裂４が生じ得る領域を含む映像を撮像する。亀裂４が生じた領域又は今後亀裂４が生じ得ると想定される領域（以下、亀裂４が生じ得る領域ともいう。）は、目視検査、打音検査、又は、ひずみセンサなどのセンサを用いた検査を行うことにより特定されてもよく、エッジ検出などの画像解析を行うことにより特定されてもよい。
対象物２は、例えば、建物、橋梁、トンネル、道路、ダム、堤防、又は、防音壁などの構造物である。対象物２は、例えば、鉄鋼などの金属、コンクリート、プラスチックなどの樹脂、ガラス、又は、木材などで構成される。なお、対象物２は、上記の例に限られず、亀裂が生じ得るものであればよく、例えば、飛行機、自動車、及び、列車などの部品、装置の部品、又は、家具などであってもよい。
予測装置１００は、対象物２に生じる亀裂の進展方向を予測するための装置である。予測装置１００は、例えばコンピュータであり、プロセッサ（不図示）と、ソフトウェアプログラム又はインストラクションが格納されたメモリ（不図示）と、を備える。プロセッサがソフトウェアプログラムを実行することによって、予測装置１００は、後述する複数の機能を実現する。また、予測装置１００は、専用の電子回路（不図示）で構成されてもよい。この場合、後述する複数の機能は、別々の電子回路で実現されてもよいし、集積された１つの電子回路で実現されてもよい。
予測装置１００は、撮像装置２００と、例えば、通信可能に接続される。予測装置１００は、撮像装置２００によって撮像された対象物２の映像を取得して、取得した映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出し、複数の領域の中から、複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択し、選択した２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、亀裂の進展方向として特定する。具体的な亀裂の進展方向の特定方法については、後述する。
なお、映像における複数の領域のそれぞれは、１画素に対応する領域であってもよく、複数画素に対応する領域であってもよい。また、変位は、移動方向及び移動距離を表す空間的な変化量であり、例えば、動きを示す動きベクトルである。ここでの移動距離は、実際に移動した距離ではなく、実際に移動した距離に対応する値である。例えば、移動距離は、実際に移動した距離に対応する、各領域における画素数である。予測装置１００は、各領域の変位として、例えば、各領域の動きベクトルを導出してもよい。この場合、予測装置１００は、例えば、ブロックマッチング法を利用して、各領域の動き推定を行うことで、各領域の動きベクトルを導出する。
複数の領域のそれぞれの変位が導出されると、予測装置１００は、例えば、映像における複数の領域の中から基準領域を決定し、基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する。例えば、予測装置１００は、基準領域の変位と複数の領域のそれぞれの領域の変位との差分を取り、当該差分が閾値以内である領域を選択することにより、基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する。選択された当該２以上の領域は、集合領域を構成する。ここで、隣接する２つの領域間の変位の差分は、微分値となるため、ひずみを表し、また、ひずみは応力に比例する。そのため、隣接する２つの領域の変位の差分を取ることにより、それらの２つの領域の間に生じるひずみが算出される。集合領域では、各領域間の差分は、ゼロから閾値以内の値であり、非常に小さい。言い換えると、集合領域は、各領域間に生じるひずみが非常に小さい領域、つまり、ひずみが最小の領域を表している。また、応力とひずみとは比例関係にあるため、ひずみが小さければ、応力も小さい。そのため、集合領域は、各領域間に作用する応力が非常に小さい領域、つまり、応力が最小の領域を表しており、最小主応力の分布を示す領域を表す。なお、亀裂４は、最も大きな応力が働く方向に対して垂直な方向、つまり、応力が最も小さい方向に進展する。つまり、亀裂４が進展する方向は、ひずみが最も小さい方向であり、隣接する２つの領域間の変位の差分が最も小さい方向である。なお、最も小さいとは、最小値であってもよく、最小値を含む所定の範囲内の値であってもよい。この方向は、基準領域の変位に類似する変位を有する集合領域の長手方向に対応する。そのため、予測装置１００は、集合領域の長手方向を、亀裂４の進展方向として特定することにより、亀裂４が進展し得る方向（以下、亀裂４の進展方向ともいう。）を予測する。
なお、基準領域は、亀裂４の先端周辺を含む領域、もしくは今後亀裂が発生し得ると想定される領域である。亀裂４の先端周辺を含む領域は、例えば、亀裂４の先端に隣接する領域である。また、亀裂４は、対象物２の表面に生じた亀裂であってもよく、対象物２の内部に生じた亀裂であってもよい。つまり、亀裂４は、目視で確認できるものに限られない。
なお、亀裂４が発生し得る領域は、例えば、対象物２における複数の領域のうち、隣接する２つの領域間の変位の差分が変化する領域から推定される。亀裂４が生じた領域又は亀裂４が生じ得る領域を検出する方法については、後述する。
また、基準領域の変位と類似する変位は、基準領域の変位との差分が閾値以内の変位である。閾値については、後述する。
［１－２．予測装置の構成］
続いて、実施の形態１に係る予測装置１００の機能構成について説明する。図２は、実施の形態１に係る予測装置１００の機能構成の一例を示すブロック図である。
図２に示すように、予測装置１００は、取得部１０と、導出部２０と、選択部４０と、特定部５０と、を備える。
取得部１０は、対象物２の映像を取得する。なお、亀裂４の進展方向を特定する精度を向上させる観点から、当該映像は、対象物２に外部負荷が付加されている期間と、その前後の対象物に外部負荷が付加されていない期間の少なくとも一方と、を含む映像であってもよい。言い換えると、取得部１０により取得される映像は、対象物２に付加される外部負荷が変化しているときに撮像された映像であってもよい。例えば、対象物２が鋼板である場合、鋼板に振動を与えることにより、鋼板が微小に振動しているときに撮像された映像である。例えば、対象物２が橋梁である場合、取得部１０により取得される映像は、列車又は車などの車両が橋梁を通過しているときに撮像された映像である。また、例えば、対象物２が建物の壁面、柱、又は、床面などである場合、取得部１０により取得される映像は、建物の壁面、柱、又は、床面などの対象物２に外力を付加することにより当該対象物２を振動させているときに撮像された映像である。
なお、取得部１０は、例えば、撮像装置２００から無線通信によって対象物２の映像を取得する。また、例えば、取得部１０は、脱着可能なメモリ、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリを介して撮像装置２００から映像を取得してもよい。
導出部２０は、取得した映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する。例えば、導出部２０は、映像における一部の範囲を決定し、決定された一部の範囲に含まれる複数の領域のそれぞれの変位を導出する。映像における一部の範囲は、少なくとも基準領域を含む。変位の導出方法は、例えば、ブロックマッチング法、正規化相関法（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）、及び、位相相関法（Ｐｈａｓｅ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）などの相関法、サンプリングモアレ法、特徴点抽出法（例えば、エッジ抽出）、又は、レーザスペックル相関法などを用いてもよい。変位導出の精度は、ピクセル単位でもサブピクセル単位でもよい。ここでの変位は、映像上の変位であってもよい。
選択部４０は、複数の領域の中から、複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する。導出部２０によって複数の領域のそれぞれの変位が導出されると、選択部４０は、例えば、映像における複数の領域の中から基準領域を決定し、基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する。上述したように、基準領域は、亀裂４の先端周辺を含む領域、もしくは今後亀裂４が発生し得ると想定される領域であり、例えば、亀裂４の先端に隣接する領域である。また、基準領域の変位と類似する変位は、基準領域の変位との差分が閾値以内の変位である。ここで、選択部４０が選択した２以上の領域で構成される集合領域は、基準領域の変位に最も類似する２以上の領域で構成されてもよく、基準領域の変位との類似度に応じて、類似度別に選択された２以上の領域で構成されてもよい。基準領域の変位に最も類似する２以上の領域を選択する場合、閾値は、基準領域の変位に非常に近い値である。また、閾値は、対象物２を構成する材料によって異なる係数を乗じた値を用いてもよい。また、閾値は、基準領域の変位に所定の係数を乗じた値を基準値として、プラス側及びマイナス側に同じ値の幅を持つように設定されてもよい。変位が動きを示す動きベクトルで表される場合、閾値は、動きベクトルの座標（ｘ，ｙ）の構成要素毎に設定され得る。
特定部５０は、選択部４０が選択した２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、亀裂４の進展方向として特定する。
［１－３．予測装置の動作］
次いで、実施の形態１に係る予測装置１００の動作の一例について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、実施の形態１に係る予測装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。なお、予測システム３００の動作としては、図３に示す取得ステップＳ１０の前に、撮像装置２００が対象物２の映像を撮像する撮像ステップが含まれる。撮像ステップでは、撮像装置２００は、例えば、対象物２に付加される外部負荷が変化しているときに対象物２の映像を撮像する。これにより、導出部２０は、取得部１０が取得した映像に基づいて、対象物２に外部負荷が付加される前の変位と、対象物２に外部負荷が付加されている期間の変位と、を導出することができる。そのため、対象物２が微小に動いている場合の誤差、及び、撮像装置２００のぶれによる誤差などが変位の導出に与える影響を低減することができる。
なお、対象物２の映像は、撮像装置２００によって対象物２の複数の箇所のそれぞれが同期撮像された映像であってもよい。この場合、予測装置１００は、取得した複数の映像のうち、亀裂４の先端周辺を含む領域を含む映像を選択し、選択した映像に基づいて、亀裂４の進展方向を予測する。
なお、対象物２の映像は、亀裂４の先端周辺を含む領域を含む、対象物２の所定の箇所が撮像された映像であってもよい。この場合、予測装置１００は、取得した映像に基づいて、亀裂４の進展方向を予測することができる。
なお、亀裂４の先端周辺を含む領域、例えば、亀裂４の先端に隣接する領域は、上述したとおり、ユーザが目視検査、打音検査、又は、ひずみセンサなどのセンサを用いた検査を行うことにより特定されてもよく、特徴点抽出法（例えば、エッジ抽出）などの画像解析を行い亀裂４を検出することによって特定されてもよい。
図３に示すように、取得部１０は、対象物２の映像を取得する（取得ステップＳ１０）。予測装置１００は、撮像装置２００から逐次映像を取得してもよいし、所定の期間撮像した映像を取得してもよい。なお、予測装置１００は、撮像装置２００による対象物２の撮像が終了した後に、対象物２の複数の映像を撮像装置２００から取得してもよい。取得部１０による映像の取得方法については、特に限定されない。上述したように、取得部１０は、撮像装置２００から、無線通信によって映像を取得してもよく、ＵＳＢメモリなどの脱着可能なメモリを介して映像を取得してもよい。
次いで、導出部２０は、取得ステップＳ１０で取得部１０が取得した映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する（導出ステップＳ２０）。なお、変位の導出方法については、上述したため、ここでの説明を省略する。
導出部２０は、当該映像における複数の領域の全ての領域について、複数の領域のそれぞれの変位を導出してもよく、映像における一部の範囲を決定し、決定された一部の範囲に含まれる複数の領域のそれぞれの変位を導出してもよい。例えば、変位が動きを示す動きベクトルである場合、各領域における動きベクトルは、各領域の画像と、例えば、１フレーム前の画像とを比較することで算出される。より具体的には、導出部２０は、領域毎に切り出した画像を移動させつつ、１フレーム前の画像と比較し、画像同士の類似度が高い位置を、その領域の動きベクトルとする。このようにして、導出部２０は、複数の領域のそれぞれの変位を導出し、導出された変位と領域とを対応付けたデータを、記憶部（不図示）に格納する。
導出部２０は、取得部１０が取得した映像から、例えば、特徴点抽出法（例えば、エッジ抽出）などの画像解析を用いて亀裂４を検出することにより亀裂４が生じた領域を特定し、当該領域を含むように、映像における一部の範囲を決定してもよい。また、目視検査や打音検査などにより亀裂４が生じ得る領域を推定し、当該領域を含むように、映像における一部の範囲を決定してもよい。
なお、映像における一部の範囲は、予測装置１００のユーザが映像における一部の範囲を選択することにより決定されてもよい。
次いで、選択部４０は、複数の領域の中から、複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する（選択ステップＳ４０）。基準領域は、亀裂４の先端周辺を含む領域である。ここでは、選択部４０の動作の例について説明する。選択部４０は、例えば、導出部２０が記憶部（不図示）に格納した、導出された変位と領域とを対応付けたデータを記憶部から読み出し、読み出された当該データから、基準領域の変位と類似する変位を有する領域のデータを選択し、選択したデータを記憶部に格納する。これにより、基準領域の変位との差分が閾値以内である変位を有する領域が選択される。上述したとおり、変位の差分は、微分値となるため、ひずみを表し、また、ひずみは応力に比例する。そのため、選択された領域は、応力及びひずみが最も小さい領域を表している。なお、選択ステップＳ４０の詳細については、図４を参照して後述する。
次いで、特定部５０は、選択ステップＳ４０で選択部４０が選択した２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、亀裂４の進展方向として特定する（特定ステップＳ５０）。特定部５０は、例えば、基準領域の変位と類似する変位を有する領域のデータを記憶部（不図示）から読み出し、読み出したデータに基づいて、集合領域の長手方向を導出する。上述したように、集合領域は、ひずみが最小の領域であり、かつ、最小主応力の分布を示す領域である。亀裂４は、最も大きな応力が働く方向と垂直な方向、つまり、応力が最も小さい方向に進展する。つまり、亀裂４が進展する方向は、ひずみが最も小さい方向であり、隣接する２つの領域間の変位の差分が最も小さい方向である。この方向は、集合領域の長手方向に対応する。そのため、特定部５０は、集合領域の長手方向を、亀裂４の進展方向と特定する。
ここで、選択ステップＳ４０について、図４を参照して、より具体的に説明する。
選択ステップＳ４０では、選択部４０は、複数の領域の中から基準領域を決定し（ステップＳ４２）、複数の領域の各領域について、各領域の変位と基準領域の変位との差分が閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ４４）。閾値については、上述したため、ここでの説明を省略する。
複数の領域のうち、ある領域について、当該領域の変位と基準領域の変位との差分が閾値以内である場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、当該領域を、基準領域の変位と類似する変位を有する領域であると判定する（ステップＳ４６）。この場合、選択部４０は、例えば、当該領域にフラグを付して、記憶部（不図示）に格納する。なお、記憶部（不図示）は、選択部４０とは別の構成として予測装置１００に備えられてもよい。一方、複数の領域のうち、ある領域について、当該領域の変位と基準領域の変位との差分が閾値以内でない場合（ステップＳ４４でＮＯ）、選択部４０は、ステップＳ４６の処理を実施しない。
選択部４０は、複数の領域の全ての領域について、ステップＳ４４及びステップＳ４６の処理を実施した後、つまり、領域毎のループ処理が終了した後、基準領域の変位と類似する変位を有する領域であると判定された２以上の領域を選択する（ステップＳ４８）。このとき、選択部４０は、ステップＳ４６で記憶部に格納された領域のデータを記憶部（不図示）から読み出し、読み出したデータから基準領域の変位と類似する変位を有する領域であると判定された２以上の領域を選択し、当該２以上の領域から構成される集合領域を映像上に反映させてもよい。
なお、図４では、領域毎の処理ループは、１回で終了する例を示したが、例えば、基準領域の変位との類似度に応じて複数の閾値を設け、基準領域の変位との類似度に応じて複数の領域を分類してもよい。例えば、基準領域の変位との類似度が高い閾値（例えば、第１閾値とする。）で各領域について当該処理ループを実行した後に、基準領域の変位との差分が第１の閾値以内でないと判定された（ステップＳ４４でＮＯ）領域について、基準領域の変位との類似度が次に高い閾値（例えば、第２閾値とする。）で当該処理ループを実行する。このように、基準領域の変位との類似度に応じて複数の領域を複数の集合領域に分けることができ、対象物２における亀裂４の進展方向をより的確に予測することができる。
以上のように、予測装置１００は、撮像された対象物２の映像を取得し、取得した映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出し、複数の領域の中から、複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択し、選択した２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、対象物２に生じる亀裂４の進展方向として特定することにより、亀裂４の進展方向を予測する。
なお、選択ステップＳ４０の処理は、必ずしも導出ステップＳ２０の処理の後に行われる必要はない。選択ステップＳ４０の処理は、例えば、導出ステップＳ２０の処理と並行に行われてもよい。
また、特定ステップＳ５０の処理は、必ずしも選択ステップＳ４０の処理の後に行われる必要はない。特定ステップＳ５０の処理は、例えば、選択ステップＳ４０の処理と並行に行われてもよい。
［１－４．実施例］
続いて、実施の形態１に係る予測装置１００を用いた亀裂４の進展方向の予測方法について、実施例を挙げて、より具体的に説明する。
予測装置１００は、例えば、エッジ検出などの画像解析技術を用いて、撮像装置２００（図１参照）により撮像された映像から、対象物２に生じた亀裂４（図１参照）を検出する。検出された亀裂４は、映像における複数の領域のうち、亀裂４の一部を含む領域として識別される。
なお、対象物２に生じた亀裂４は、予測装置１００が対象物２の映像を取得する前に検出されてもよく、予測装置１００が対象物２の映像を取得した後に検出されてもよい。それぞれの場合の詳細については、上述したため、ここでの説明を省略する。
図５は、撮影された映像における複数の領域から基準領域を決定する一例を示す図である。予測装置１００は、映像における複数の領域から基準領域を決定し、基準領域が含まれるように、映像における一部の範囲を決定する。基準領域は、図５に示す白枠の領域である。基準領域は、亀裂４の先端周辺を含む領域、もしくは今後亀裂が発生し得ると想定される領域である。ここでは、基準領域は、亀裂４の先端に隣接する領域である。
予測装置１００は、映像における一部の範囲における複数の領域のそれぞれの変位を導出し、導出された変位と領域とを対応付けたデータを、記憶部（不図示）に格納する。
次いで、図６は、図５に示す基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する一例を示す図である。ここでは、基準領域の変位との類似度に応じて複数の閾値を設け、基準領域の変位との類似度に応じて複数の領域を分類する例について説明する。
図４で説明したとおり、予測装置１００は、各領域について、基準領域の変位との類似度が高い第１閾値で、ステップＳ４４～Ｓ４６に示す処理ループを実行した後に、基準領域との差分が第１の閾値以内でないと判定された（ステップＳ４４でＮＯ）領域について、基準領域の変位との類似度が次に高い第２閾値でステップＳ４４～Ｓ４６に示す処理ループを実行する。これにより、映像における複数の領域は、図６に示すように、基準領域の変位との類似度に応じて、複数の集合領域に分類される。基準領域の変位との類似度が高い領域は白で表され、基準領域の変位との類似度が低くなるにつれて黒に近付く。したがって、図６に示す白色の領域が、基準領域の変位と類似する変位を有する領域で構成される集合領域である。
図７は、図６に示す集合領域の長手方向ａを示す図である。図８は、亀裂の進展方向ｂを示す図である。上述したように、集合領域は、最小主応力を有する領域である。そのため、図７に示す集合領域の長手方向ａは、最小主応力の方向を表している。この最小主応力の方向は、図８に示す矢印ｂと一致する。
図８に示すφは、亀裂４の先端を基準とした場合の最大主ひずみ角である。亀裂４の先端には、最大主ひずみ角φの方向に最大主応力が働く。この最大主ひずみ角φと垂直な方向、つまり、矢印ｂの方向に、最小主応力が働く。上述したように、亀裂４は、最小主応力が働く方向に進展する。そのため、図８に示す矢印ｂは、図７に示す集合領域の長手方向ａと一致する。
以上のように、予測装置１００は、ひずみ値の算出式を用いることなく、集合領域の長手方向を、亀裂４の進展方向と特定することにより、亀裂４の進展方向を予測することができる。予測装置１００を用いれば、ひずみ値の算出式を用いることなく、最小主応力の方向を特定することができるため、誤差の増大を抑制することができる。そのため、実施の形態１によれば、対象物２に生じる亀裂４の進展方向を精度良く予測することができる。
［１－５．効果等］
以上のように、実施の形態１に係る予測装置１００は、対象物２に生じる亀裂４の進展方向を予測するための予測装置であって、対象物２の映像を取得する取得部１０と、取得した映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する導出部２０と、複数の領域の中から、複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する選択部４０と、選択した２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、進展方向として特定する特定部５０と、を備える。
また、実施の形態１に係る予測方法は、対象物に生じる亀裂の進展方向を予測する予測方法であって、対象物の映像を取得する取得ステップＳ１０と、取得した映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する導出ステップＳ２０と、複数の領域の中から、複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する選択ステップＳ４０と、選択した２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、進展方向として特定する特定ステップＳ５０と、を有する。
これにより、対象物２における亀裂４の進展し得る方向を求める場合に、例えば、ひずみ値の算出式などを用いる必要がない。そのため、映像に起因するノイズなどの影響があっても、誤差の影響を低減することができる。したがって、予測装置１００によれば、対象物２に生じる亀裂４の進展方向を精度よく予測できる。
例えば、実施の形態１に係る予測装置１００では、基準領域は、亀裂４の先端周辺を含む領域である。
これにより、対象物２に既に亀裂４が生じている場合、予測装置１００は、亀裂４が進展し得る方向を予測することができる。
例えば、実施の形態１に係る予測装置１００では、基準領域の変位と類似する変位は、基準領域の変位との差分が閾値以内の変位である。
これにより、基準領域の変位と類似度の高い領域が選択される。
例えば、実施の形態１に係る予測装置１００では、導出部２０は、映像における一部の範囲を決定し、決定された一部の範囲に含まれる複数の領域のそれぞれの変位を導出してもよい。
これにより、処理量が減少するため、予測装置１００に掛かる負担が低減され、予測装置の処理速度が向上される。
実施の形態１に係る予測装置１００では、導出部２０は、映像に含まれる２以上の画像から複数の領域のそれぞれの変位を導出する。
これにより、時間的に異なる２以上の画像を用いて、複数の領域のそれぞれの変位を適切に導出することができる。
（実施の形態２）
［２－１．予測装置の構成］
続いて、実施の形態２に係る予測装置について、図９を参照しながら説明する。図９は、実施の形態２に係る予測装置１００の機能構成の一例を示すブロック図である。実施の形態２に係る予測装置１００は、さらに、スケール補正部３０を備え、特定部５０がスケール補正部３０によって補正された複数の領域のそれぞれの変位を利用する点で、実施の形態１に係る予測装置１００と異なる。以下、実施の形態１と異なる点を中心に、実施の形態２に係る予測装置１００について説明する。
図９に示すように、実施の形態２に係る予測装置１００は、取得部１０と、導出部２０と、選択部４０と、特定部５０と、に加え、スケール補正部３０を備える。スケール補正部３０は、複数の領域のそれぞれの変位を、映像を撮像する撮像部、ここでは、撮像装置２００（図１参照）からの距離に応じて補正する。
例えば、スケール補正部３０は、撮像映像上の変位と実空間上の変位との比率が、撮像装置２００の撮像位置から複数の領域のそれぞれの領域までの実空間距離の違いによって生じる場合は、必要に応じて、この比率が等しくなるようにスケール補正を行う。このスケール補正は、導出された変位に対して行ってもよく、撮像映像に対して行ってもよい。
選択部４０は、スケール補正部３０によって補正された複数の領域のそれぞれの変位を利用して、複数の領域の中から、複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する。
［２－２．予測装置の動作］
次いで、予測装置１００の動作の一例について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、実施の形態２に係る予測装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。なお、実施の形態１と同様に、予測システム３００の動作としては、図１０に示す取得ステップＳ１０の前に、撮像装置２００が対象物２の映像を撮像する撮像ステップが含まれる。撮像ステップでは、対象物２が微小に動いているときの映像が撮像される。以下、実施の形態１と異なる点を中心に、実施の形態２に係る予測装置１００の動作について説明する。
図１０に示すように、取得部１０は、対象物２の映像を取得する（取得ステップＳ１０）。次いで、導出部２０は、取得ステップＳ１０で取得部１０が取得した映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する（導出ステップＳ２０）。
次いで、スケール補正部３０は、複数の領域のそれぞれの変位に対して、映像を撮像する撮像装置２００からの距離に応じて、複数の領域のそれぞれにおいて実際に変位した距離の比率が反映されるようにスケール補正を行う（スケール補正ステップＳ３０）。より具体的には、スケール補正部３０は、導出部２０によって導出された複数の領域それぞれについての変位の情報、例えば、実空間上の座標を、記憶部（不図示）から読み出し、読み出された実空間上の座標を用いて、複数の領域において実際に変位した距離の比率が反映されるように、スケール補正を行う。なお、スケール補正部３０は、撮像映像上の変位と実空間上の変位との比率が、撮像装置２００の撮像位置から複数の領域のうちのある領域までの実空間における距離の違いによって生じる場合に、必要に応じて、この比率が等しくなるようにスケール補正を行ってもよい。
次いで、選択部４０は、スケール補正部３０によって補正された複数の領域のそれぞれの変位を利用して、複数の領域の中から、複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する（選択ステップＳ４１）。なお、実施の形態２では、スケール補正された変位を利用する点で、実施の形態１と異なるが、その他の点において、選択部４０における処理フローは、実施の形態１と同様である。選択ステップＳ４１の詳細については、図１１を参照して後述する。
次いで、特定部５０は、選択ステップＳ４１で選択部４０が選択した２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、亀裂４の進展方向として特定する（特定ステップＳ５０）。
ここで、選択ステップＳ４１について、図１１を参照して、より具体的に説明する。
選択ステップＳ４１では、選択部４０は、スケール補正された複数の領域の中から基準領域を決定し（ステップＳ４３）、複数の領域の各領域について、各領域の変位が基準領域の変位との差分が閾値以内であるか否かを判定する（ステップＳ４４）。より具体的には、選択部４０は、基準領域の変位と複数の領域のそれぞれの領域の変位との差分を取り、当該差分が閾値以内であるか否かを判定する。
複数の領域のうち、ある領域の変位が基準領域の変位との差分が閾値以内である場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、当該領域を、基準領域の変位と類似する変位を有する領域であると判定する（ステップＳ４６）。一方、複数の領域のうち、ある領域の変位が基準領域の変位との差分が閾値以内でない場合（ステップＳ４４でＮＯ）、選択部４０は、ステップＳ４６の処理を実施しない。
選択部４０は、複数の領域の全ての領域について、ステップＳ４４及びステップＳ４６の処理を実施した後、つまり、領域毎のループ処理が終了した後、基準領域の変位と類似する変位を有する領域であると判定された２以上の領域を選択する（ステップＳ４８）。このとき、選択部４０は、ステップＳ４６で記憶部に格納された領域のデータを記憶部から読み出し、読み出したデータから基準領域の変位と類似する変位を有する領域であると判定された２以上の領域を選択し、当該２以上の領域から構成される集合領域を映像上に反映させてもよい。
なお、図１１では、領域毎の処理ループは、１回で終了する例を示したが、例えば、基準領域の変位との類似度に応じて複数の閾値を設け、基準領域の変位との類似度に応じて複数の領域を分類してもよい。具体的には、実施の形態１にて説明した内容と同様であるため、ここでの説明を省略する。
以上のように、実施の形態２に係る予測装置１００は、撮像された対象物２の映像を取得し、取得した映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出し、複数の領域のそれぞれの変位に対して、映像を撮像する撮像部からの距離に応じて、複数の領域のそれぞれにおいて実際に変位した距離の比率が反映されるようにスケール補正を行い、複数の領域の中から、複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択し、選択した２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、対象物２に生じる亀裂４の進展方向として特定することにより、亀裂４の進展方向を予測する。
なお、スケール補正ステップＳ３０の処理は、必ずしも導出ステップＳ２０の処理の後に行われる必要はない。スケール補正ステップＳ３０の処理は、例えば、導出ステップＳ２０の処理と並行に行われてもよい。
また、選択ステップＳ４１の処理は、必ずしも導出ステップＳ２０の処理の後に行われる必要はない。選択ステップＳ４１の処理は、例えば、導出ステップＳ２０の処理と並行に行われてもよい。
また、特定ステップＳ５０の処理は、必ずしも選択ステップＳ４１の処理の後に行われる必要はない。特定ステップＳ５０の処理は、例えば、選択ステップＳ４１の処理と並行に行われてもよい。
［２－３．効果等］
以上のように、実施の形態２に係る予測装置１００は、さらに、複数の領域のそれぞれの変位に対して、映像を撮像する撮像部（例えば、図１に示す撮像装置２００）からの距離に応じて、複数の領域のそれぞれにおいて実際に変位した距離の比率が反映されるようにスケール補正を行うスケール補正部３０を備え、選択部４０は、スケール補正された複数の領域のそれぞれの変位を用いて、２以上の領域を選択する。
これにより、複数の領域のそれぞれの変位を、より精度良く導出することができる。また、補正された変位を利用するため、亀裂４の進展方向をより精度良く特定することができる。
（他の実施の形態）
以上、本開示の１つ又は複数の態様に係る予測装置及び予測方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構成される形態も、本開示の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
例えば、上記実施の形態における予測システムでは１台の撮像装置で構成する場合を説明したが、２台以上の複数の撮像装置を用いて構成してもよい。これにより、複数の撮像された映像を取得できるため、ＳｆＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ Ｍｏｔｉｏｎ）などの３次元再構成技術を用いて、対象物の３次元形状を精度良く計測することができる。このため、亀裂の進展方向をより精度良く特定することができる。
また、例えば、上記実施の形態における予測装置が備える構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。例えば、予測装置は、取得部と、導出部と、特定部と、を有するシステムＬＳＩから構成されてもよい。
システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＯＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
なお、ここでは、システムＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、ＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、あるいは、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
また、本開示の一態様は、このような予測装置だけではなく、予測装置に含まれる特徴的な構成部をステップとする予測方法であってもよい。また、本開示の一態様は、予測方法に含まれる特徴的な各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであってもよい。また、本開示の一態様は、そのようなコンピュータプログラムが記録された、コンピュータで読み取り可能な非一時的な記録媒体であってもよい。
なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記実施の形態の予測装置などを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。
すなわち、このプログラムは、コンピュータに、対象物に生じる亀裂の進展方向を予測する予測方法であって、前記対象物の映像を取得する取得ステップと、取得した前記映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する導出ステップと、前記複数の領域の中から、前記複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する選択ステップと、選択した前記２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、前記進展方向として特定する特定ステップと、を有する予測方法を実行させる。
本開示は、対象物に生じた亀裂又は対象物に生じ得る亀裂の進展方向を予測する予測装置に広く利用可能である。
２ 対象物
４ 亀裂
１０ 取得部
２０ 導出部
３０ スケール補正部
４０ 選択部
５０ 特定部
１００ 予測装置
２００ 撮像装置
３００ 予測システム

Claims (7)

  1. 対象物に生じる亀裂の進展方向を予測するための予測装置であって、
    前記対象物の映像を取得する取得部と、
    取得した前記映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する導出部と、
    前記複数の領域の中から、前記複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する選択部と、
    選択した前記２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、前記進展方向として特定する特定部と、
    を備える、
    予測装置。
  2. 前記基準領域は、前記亀裂の先端周辺を含む領域である、
    請求項１に記載の予測装置。
  3. 前記基準領域の変位と類似する変位は、前記基準領域の変位との差分が閾値以内の変位である、
    請求項１又は２に記載の予測装置。
  4. 前記導出部は、前記映像における一部の範囲を決定し、決定された前記一部の範囲に含まれる前記複数の領域のそれぞれの変位を導出する、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の予測装置。
  5. 前記導出部は、前記映像に含まれる２以上の画像から前記複数の領域のそれぞれの変位を導出する、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の予測装置。
  6. さらに、前記複数の領域のそれぞれの変位に対して、前記映像を撮像する撮像部からの距離に応じて、前記複数の領域のそれぞれにおいて実際に変位した距離の比率が反映されるようにスケール補正を行うスケール補正部を備え、
    前記選択部は、スケール補正された前記複数の領域のそれぞれの変位を用いて、前記２以上の領域を選択する、
    請求項１～５のいずれか一項に記載の予測装置。
  7. 対象物に生じる亀裂の進展方向を予測する予測方法であって、
    前記対象物の映像を取得する取得ステップと、
    取得した前記映像における複数の領域のそれぞれの変位を導出する導出ステップと、
    前記複数の領域の中から、前記複数の領域のうちの基準領域の変位と類似する変位を有する２以上の領域を選択する選択ステップと、
    選択した前記２以上の領域で構成される集合領域の長手方向を、前記進展方向として特定する特定ステップと、
    を有する、
    予測方法。
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