JP7368288B2 - ひび割れ形状生成装置 - Google Patents

Description

本願発明は、画像からひび割れを抽出する技術に関するものであり、より具体的には、ひび割れを中心とする所定領域内にある画素の濃淡値に基づいてひび割れの形状を生成する装置に関するものである。

高度経済成長期に集中的に整備されてきた建設インフラストラクチャー（以下、「建設インフラ」という。）は、既に相当な老朽化が進んでいることが指摘されている。平成２６年には「道路の老朽化対策の本格実施に関する提言（社会資本整備審議会）」がとりまとめられ、平成２４年の笹子トンネルの例を挙げて「近い将来、橋梁の崩落など人命や社会装置に関わる致命的な事態を招くであろう」と警鐘を鳴らし、建設インフラの維持管理の重要性を強く唱えている。

このような背景のもと、国は道路法施行規則の一部を改正する省令を公布し、具体的な建設インフラの点検方法、主な変状の着目箇所、判定事例写真などを示した定期点検要領を策定している。この定期点検要領では、約７０万橋に上るといわれる橋長２．０ｍ以上の橋を対象としており、供用開始後２年以内に初回点検、以降５年に１回の頻度で定期点検を行うこととしている。

建設インフラの点検では、コンクリートのひび割れをはじめとする損傷箇所を検出し、後に確認できるようその結果を記録する。例えば、橋梁のコンクリート床版のひび割れを検出する場合、ひび割れの程度（長さや幅等）などの詳細情報だけでなく、そのひび割れがどこに発生しているかも記録しなければならない。そして従来の点検では、ひび割れを目視で検出するとともに、そのひび割れの配置を、あらかじめ用意した構造物の図面に現地で記入していくこともあった。

しかしながら、橋梁床版（特に下面）を目視で点検することは、それほど容易ではない。通常、橋梁に近づくためには足場を組み立てることになるが、著しく桁下高が長大である場合は相当な規模の足場が必要となるうえ、河川を越える橋梁であれば河川内に足場を組み立てることになり、跨道橋や跨線橋であれば道路や線路上に足場を組み立てることになるなど、現実的には足場を構築できないケースさえある。また、ひび割れ位置を足場上で図面に記入していくことも容易ではない。現地にて、足場上の現在位置と図面を照らし合わせる作業は想像以上に難しく、さらに長大橋などでは図面そのものが大きくなるため、現地に持ち込むことも、これを広げて記入することも、相当に煩雑な作業となる。

そこで近年では、画像を用いた点検作業も行われるようになった。取得した画像から損傷箇所を確認することができるため、場所や時間が制限されることなく損傷を検出できるうえ、点検者以外の者も判断できることからより客観的に損傷を検出できるわけである。さらに、適当な撮影範囲で画像を取得すれば、ひび割れ等の損傷位置も記録することができ、図面を用意する手間も、現地で図面に記入する手間も省くことができる。

ところで、点検作業で確認されたひび割れの記録を残す場合、その長さを含めたひび割れの形状（以下、単に「ひび割れ形状」という。）も対象となることが多い。そして画像を利用してひび割れを検出するケースでは、人の操作によってひび割れ形状を生成するのが主流であった。具体的には、液晶ディスプレイなどに画像を表示し、オペレーターがその画像に含まれるひび割れを目視しながらトレースする（なぞる）ことで、ひび割れ形状のデータを生成していたわけである。

オペレーター操作によってひび割れ形状を生成する手法では、相当の労力と時間を要するうえ、オペレーターの主観に頼ることから熟練度や正確性といった個性に伴うばらつきや誤りが生じやすい。一方、特許文献１や特許文献２のように、自動的（あるいは半自動的）に画像からひび割れを抽出する技術がこれまで提案されている。

特開２００６－１１８９１３号公報 特開２００１－１２４５２２号公報

特許文献１や特許文献２で開示される技術によれば、確かにオペレーターの労力を低減し、作業時間を短縮することができ、しかもオペレーターの個性に伴うばらつきや誤りを回避することができる。しかしながら、特許文献１や特許文献２のように画像からひび割れを自動抽出する従来技術では、どうしてもノイズの問題を避けることができず、ノイズ判断に関しては現状ではやはり人の方が上回っている。特にひび割れ形状を生成するにあたっては、「２本の独立したひび割れか、あるいは一連のひび割れか」といった繊細な判断が求められるため、画像からひび割れを自動抽出する従来の技術は実用的とは言えず、上述したようにオペレーターによって生成しているのが現状である。

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち、ひび割れ形状を生成するにあたって、オペレーターの判断も含めつつ、従来技術に比してオペレーターの労力を低減するとともに作業時間の短縮を図ることができる、ひび割れ形状生成装置を提供することにある。

本願発明は、オペレーターによって指定された点に基づいて基準となる線分を自動生成するとともに、その基準となる線分に基づいて設定される領域からひび割れ形状を自動生成する、という従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。

本願発明ひび割れ形状生成装置は、ひび割れ画像（ひび割れを取得した画像）に基づいてひび割れ形状を生成する装置であって、表示手段と特徴点設定手段、領域生成手段、小領域生成手段、濃淡値設定手段、中間点設定手段を備えたものである。このうち表示手段は、ひび割れ画像を表示する手段であり、特徴点設定手段は、オペレーターが表示手段に表示されたひび割れ画像を目視しながらひび割れ上に始点と終点を設定する手段である。領域生成手段は、始点と終点を結ぶ基準線分を生成するとともに、その基準線分を中心にあらかじめ定めた距離だけ拡張した着目領域を生成する手段である。小領域生成手段は、着目領域を基準線分に平行な複数行に分割するとともに、基準線分に直交する複数列に分割することによって、複数の小領域を生成する手段である。濃淡値設定手段は、ひび割れ画像に基づいてそれぞれの小領域に濃淡値を設定する手段であり、中間点設定手段は、同列上に並ぶ前記小領域の中から濃淡値に基づいて選出された小領域を中間点として設定する手段である。そして、始点と中間点、終点を連結することによって、ひび割れ形状を生成する。

本願発明ひび割れ形状生成装置は、ひび割れの始点、終点、又は変化点を特徴点として設定し得る特徴点設定手段を備えたものとすることができる。この場合、領域生成手段は、特徴点が始点又は終点であるときはその特徴点を端点としたうえで、特徴点が変化点であるときは変化点の外側に延伸するように、基準線分を生成する。

本願発明ひび割れ形状生成装置は、隣接する２つの着目領域によって生成された２つのひび割れ形状が２点で交差するとき、交差する２点間の距離が短い方のひび割れ形状を選択して隣接する２つのひび割れ形状を連結するものとすることもできる。

本願発明ひび割れ形状生成装置は、隣接する２つの着目領域によって生成された２つのひび割れ形状が交差しないとき、２つのひび割れ形状の端点どうしを線分で連結するものとすることもできる。

本願発明ひび割れ形状生成装置は、表示手段が着目領域を表示するものとすることもできる。この場合、オペレーターは、表示手段に表示された着目領域を目視しながら特徴点を設定することができる。

本願発明ひび割れ形状生成装置は、変換手段をさらに備えたものとすることもできる。この場合、直交する第１軸及び第２軸からなる座標軸があらかじめ設定され、変換手段は基準線分が第１軸と平行になるように着目領域を回転する。また小領域生成手段は、変換手段によって回転された着目領域に対して小領域を生成する。そして変換手段は、ひび割れ形状が生成されると、基準線分が元の傾きになるようにひび割れ形状を回転する。

本願発明ひび割れ形状生成装置は、補正された濃淡値に基づいて中間点を設定するものとすることもできる。この場合、濃淡値設定手段は、小領域が基準線分から離れるほど薄い濃淡値を示すように、その小領域の濃淡値を補正する。

本願発明のひび割れ形状生成装置には、次のような効果がある。
（１）オペレーターによる操作はひび割れの始点や変化点、終点の指定のみであり、したがって従来技術に比してオペレーターの労力を大幅に低減するとともに、作業時間を大幅に短縮することができる。
（２）オペレーターがひび割れの始点や変化点、終点を指定することから、「２本の独立したひび割れか、あるいは一連のひび割れか」といった繊細な選択も含め、オペレーターの判断が反映されたひび割れ形状が生成される。そのため、画像からひび割れを自動抽出する従来技術に比して、より高い精度でひび割れ形状を生成することができる。
（３）オペレーターによる主観的な判断はひび割れの始点や変化点、終点の選定のみであり、したがってオペレーターの個性に伴うばらつきや誤りを回避したうえでひび割れ形状を生成することができる。

ひび割れを含むひび割れ画像を示すモデル図。 本願発明のひび割れ形状生成装置の主な構成を示すブロック図。 表示手段に表示されたひび割れ画像のひび割れ上に、オペレーターが始点と終点を設定した状態を模式的に示すモデル図。 第１の実施形態におけるひび割れ形状生成装置を使用するときの主な処理の流れを示すフロー図。 第１の実施形態におけるひび割れ形状生成装置がひび割れ形状を生成する際の主な処理の流れを示すフロー図。 （ａ）は始点と終点を端点とする基準線分を模式的に示すモデル図、（ｂ）は着目領域を模式的に示すモデル図、（ｃ）は座標軸のＸ軸と基準線分が平行になるように回転された着目領域を模式的に示すモデル図。 着目領域内に行列は位置された小領域を模式的に示すモデル図。 （ａ）は同列上に配置されたすべての小領域を対象として選出された中間点を模式的に示すモデル図、（ｂ）は同列上に配置された一部の小領域を対象として選出された中間点を模式的に示すモデル図。 基準線分からの距離に応じて補正された濃淡値に基づいて、中間点を選出する例を示すモデル図。 表示手段に表示されたひび割れ画像のひび割れ上に、オペレーターが始点と変化点、終点を設定した状態を模式的に示すモデル図。 第２の実施形態におけるひび割れ形状生成装置を使用するときの主な処理の流れを示すフロー図。 第２の実施形態におけるひび割れ形状生成装置がひび割れ形状を生成する際の主な処理の流れを示すフロー図。 始点と変化点を通る基準線分と、変化点と変化点を通る基準線分、変化点と終点を通る基準線分を模式的に示すモデル図。 （ａ）は始点と変化点を通る基準線分とその着目領域を模式的に示すモデル図、（ｂ）は変化点と変化点を通る基準線分とその着目領域を模式的に示すモデル図。 ひび割れに重ねられ、さらに透過して表示された「色付きの着目領域」を模式的に示すモデル図。 隣接する２つの部分ひび割れ形状が２点で交差している場合に生成される全体のひび割れ形状を模式的に示すモデル図。 隣接する２つの部分ひび割れ形状が交差しない場合に生成される全体のひび割れ形状を模式的に示すモデル図。

本願発明のひび割れ形状生成装置の実施形態の一例を、図に基づいて説明する。本願発明のひび割れ形状生成装置は、図１に示すようにひび割れＣＲを含む画像（以下、「ひび割れ画像ＩＭ」という。）に基づいて、ひび割れ形状のデータ（例えば、ＣＡＤデータ）を生成するものである。なお本願発明は、コンクリート構造物に生じたひび割れＣＲを対象とするほか、鋼構造物や木造構造物など、あらゆる物に生じたひび割れＣＲを対象とすることができる。

図２は、本願発明のひび割れ形状生成装置１００の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように本願発明のひび割れ形状生成装置１００は、表示手段１０１と特徴点設定手段１０２、領域生成手段１０３、小領域生成手段１０４、濃淡値設定手段１０５、中間点設定手段１０６を含んで構成され、さらに変換手段１０７や画像記憶手段１０８などを含んで構成することもできる。

ひび割れ形状生成装置１００を構成する特徴点設定手段１０２と領域生成手段１０３、小領域生成手段１０４、濃淡値設定手段１０５、中間点設定手段１０６、変換手段１０７は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリを具備しており、さらにマウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを含むものもあり、例えばタブレット型コンピュータ（ｉＰａｄ（登録商標）など）やスマートフォンといった携帯型端末機器、あるいはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やサーバーなどによって構成することができる。

また表示手段１０１は、ひび割れ画像ＩＭを表示することができるものであり、例えばパーソナルコンピュータの液晶ディスプレイを利用することができる。画像記憶手段１０８は、ひび割れ画像ＩＭを記憶するものであり、コンピュータ装置の記憶装置を利用することもできるし、そのほかデータベースサーバに構築することもできる。データベースサーバに構築する場合、ローカルなネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に置くこともできるし、インターネット経由（つまり無線通信）で保存するクラウドサーバーとすることもできる。

本願発明のひび割れ形状生成装置は、オペレーターがひび割れ画像ＩＭを確認しながら、ポインティングデバイス（マウスやトラックボールなど）やタッチパネル等を用いてひび割れＣＲの上に点を指定（入力）すると、自動的にひび割れ形状を生成することを特徴のひとつとしている。そして、ひび割れＣＲ上に始点と終点の２点を入力する形態（以下、「第１の実施形態」という。）と、始点と終点、そして１又は２以上の変化点を入力する形態（以下、「第２の実施形態」という。）に大別することができる。以下、それぞれ実施形態ごとに順に説明していく。なお便宜上ここでは、オペレーターによって入力される始点と変化点、終点を総称する場合、「特徴点」ということとする。

（第１の実施形態）
既述したとおり第１の実施形態では、図３に示すようにひび割れＣＲ上に始点ＳＰと終点ＥＰの２点を入力すると、自動的にひび割れ形状が生成される。図３は、表示手段１０１に表示されたひび割れ画像ＩＭのひび割れＣＲ上に、オペレーターが始点ＳＰと終点ＥＰを設定した状態を模式的に示すモデル図である。このときオペレーターは、図２に示す特徴点設定手段１０２（例えば、ポインティングデバイスなど）を用いて始点ＳＰと終点ＥＰを設定する。なお図３には、Ｘ軸（第１軸）とＹ軸（第２軸）が直交する座標軸が示されている。この座標軸はあらかじめ設定されたものであり、図３のように表示してもよいし、非表示とすることもできる。

以下、図４と図５を参照しながら、第１の実施形態における本願発明のひび割れ形状生成装置１００の処理について説明する。図４は、第１の実施形態におけるひび割れ形状生成装置１００を使用するときの主な処理の流れを示すフロー図であり、図５は、第１の実施形態におけるひび割れ形状生成装置１００がひび割れ形状を生成する際の主な処理の流れを示すフロー図である。なお図４と図５のフロー図では、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。

まず図４に示すように、ひび割れ画像ＩＭを表示する（図４のＳｔｅｐ１００）。具体的には、オペレーターが目的のひび割れ画像ＩＭを指定すると、画像記憶手段１０８からそのひび割れ画像ＩＭを読み出して表示手段１０１に表示する。表示手段１０１にひび割れ画像ＩＭが表示されると、オペレーターはそのひび割れ画像ＩＭを目視しながら、図２に示す特徴点設定手段１０２（例えば、ポインティングデバイスなど）を用いて、ひび割れＣＲ上に始点ＳＰを入力し（図４のＳｔｅｐ２００）、終点ＥＰを入力する（図４のＳｔｅｐ３００）。そしてこの始点ＳＰと終点ＥＰに基づいて、ひび割れ形状が生成される（図４のＳｔｅｐ４００）。以下、図５を参照しながらひび割れ形状を生成する処理についてさらに詳しく説明する。

図５に示すように、始点ＳＰと終点ＥＰが入力されると領域生成手段１０３（図２）が「基準線分ＳＬ」を生成する（図５のＳｔｅｐ４０１）。この基準線分ＳＬは、図６（ａ）に示すように始点ＳＰと終点ＥＰをそれぞれ端点とする線分である。基準線分ＳＬを生成すると、領域生成手段１０３はさらに着目領域ＲＰを生成する（図５のＳｔｅｐ４０２）。この着目領域ＲＰは、図６（ｂ）に示すように基準線分ＳＬを中心にあらかじめ定めた距離だけ拡張した領域である。図６（ｂ）では、基準線分ＳＬから一方側（図では上側）に距離Ｗａだけ拡張し、基準線分ＳＬから他方側（図では下側）に距離Ｗｂだけ拡張しており、これら距離Ｗａと距離Ｗｂは同じ値とすることもできるし、それぞれ異なる値とすることもできる。なお領域生成手段１０３が着目領域ＲＰを生成すると、そのタイミングで表示手段１０１に着目領域ＲＰを表示することもできる。この場合、着目領域ＲＰをひび割れＣＲに重ねて表示することとし、着目領域ＲＰに着色するときは透過して表示するとよい。これによりオペレーターは、表示手段１０１に表示された着目領域ＲＰを目視しながら、特徴点を入力していくことができる。

着目領域ＲＰが生成されると、変換手段１０７（図２）が着目領域ＲＰを回転する（図５のＳｔｅｐ４０３）。より詳しくは図６（ｃ）に示すように、あらかじめ定めた座標軸（図３）のＸ軸（あるいはＹ軸）と基準線分ＳＬが平行になるように、着目領域ＲＰを回転する。なお本願発明のひび割れ形状生成装置１００は、着目領域ＲＰを回転することなく、つまり基準線分ＳＬがＸ軸やＹ軸に対して傾斜した（並行や垂直ではない）状態のまま、次のステップ（小領域の生成）に進む仕様とすることもできる。ただし、変換手段１０７によって回転された着目領域ＲＰの方が、以降の計算が容易となり、すなわち計算速度も向上するため好適である。

着目領域ＲＰが回転されると（あるいは、着目領域ＲＰが生成されると）、小領域生成手段１０４（図２）が小領域ＭＳを生成する（図５のＳｔｅｐ４０４）。この小領域ＭＳは、図７に示すように着目領域ＲＰをメッシュ状に分割した単位領域である。より詳しくは、着目領域ＲＰ内を、基準線分ＳＬに平行な複数の線分（図７では水平線分）によって区分するとともに、基準線分ＳＬに垂直な複数の線分（図７では鉛直線分）によって区分することによって形成される１区画が小領域ＭＳである。換言すれば着目領域ＲＰは、基準線分ＳＬに対して平行（図７では水平）に並ぶ複数の小領域ＭＳと、基準線分ＳＬに対して垂直（図７では鉛直）に並ぶ複数の小領域ＭＳによって構成されるわけである。便宜上ここでは、基準線分ＳＬに平行な線分によって区分された領域のことを「行」ということとし、基準線分ＳＬに垂直な線分によって区分された領域のことを「列」ということとする。例えば図７では、同行上に２４個の小領域ＭＳが配置され、同列上に１１個の小領域ＭＳが配置されており、つまり２６４個の小領域ＭＳが２４行×１１列の行列として配置されている。なお図７に示すように、着目領域ＲＰの中央の行内にある小領域ＭＳの中心線と、基準線分ＳＬが一致するように小領域ＭＳを配列するとよい。

着目領域ＲＰ内に小領域ＭＳが生成されると、濃淡値設定手段１０５（図２）がそれぞれの小領域ＭＳに対して濃淡値（グレースケール）を設定する（図５のＳｔｅｐ４０５）。具体的には、画像記憶手段１０８から読み出されたひび割れ画像ＩＭと小領域ＭＳとを照らし合わせ、小領域ＭＳと同じ（あるいは最も近い）位置にあるひび割れ画像ＩＭの画素（ピクセル）が具備する色（例えばＲＧＢ）やグレースケールなどに基づいて、当該小領域ＭＳに濃淡値を付与する。ここで設定する濃淡値は、０～２５５（黒が０で白が２５５）までの２５６階調に分けた値とすることもできるし、０～１００％（黒が０％で白が１００％）に分けた値とすることもできる。

小領域ＭＳに対して濃淡値が設定されると、中間点設定手段１０６（図２）がそれぞれの列内にある小領域ＭＳの中から中間点ＭＰを設定する（図５のＳｔｅｐ４０６）。具体的には、同列上に配置される小領域ＭＳのうち、最も濃い（黒色に近い）濃淡値（例えば２５６階調に分けた場合は最も０に近い値）を示す小領域ＭＳを中間点ＭＰとして選出する。例えば図８（ａ）では、同列上に配置された１１個の小領域ＭＳのうち、上から２番目の小領域ＭＳが最も濃い濃淡値を示していることから、この２番目の小領域ＭＳを中間点ＭＰとして選出する。

図８（ａ）の例のように、同列上に配置されたすべて（図では１１個）の小領域ＭＳを対象として中間点ＭＰを選出することもできるし、図８（ｂ）に示すように、同列上に配置された一部の小領域ＭＳを対象として中間点ＭＰを選出することもできる。この場合、同列上に配置された小領域ＭＳのうち、基準線分ＳＬに近い小領域ＭＳをあらかじめ定めた数だけ抽出するとともに、その抽出された小領域ＭＳの中から中間点ＭＰを選出する。例えば図８（ｂ）では、基準線分ＳＬに近い７個の小領域ＭＳ（破線内）を抽出したうえで、上から５番目（基準線分ＳＬの１つ上）の小領域ＭＳが中間点ＭＰとして選出されている。

同列上に配置された小領域ＭＳの中から中間点ＭＰを選出するにあたっては、基準線分ＳＬからの距離に応じて濃淡値を補正したうえで選出することもできる。より詳しくは、濃淡値設定手段１０５が、基準線分ＳＬから離れた位置にある小領域ＭＳほど薄い（白色に近い）濃淡値を示すように補正し、中間点設定手段１０６は補正された濃淡値に基づいて中間点ＭＰを設定する。例えば、濃淡値を２５６階調に分けた場合、基準線分ＳＬから離れるほど大きい値で設定される「距離係数」を用い、この距離係数と濃淡値の積（あるいは、距離係数と濃淡値の積に基づく値）を補正された濃淡値としたうえで、中間点ＭＰを設定することができる。

図９の例では、同列上に１１個の小領域ＭＳが配置されており、上から２番目の小領域ＭＳ（以下、便宜上「第２の小領域ＭＳ」という。）と、上から４番目の小領域ＭＳ（以下、便宜上「第４の小領域ＭＳ」という。）が、それぞれ同じ濃淡値であって、最も濃い濃淡値を示している。そして、基準線分ＳＬから第２の小領域ＭＳまでの距離Ｌ２の方が、基準線分ＳＬから第４の小領域ＭＳまでの距離Ｌ１よりも長い。そのため、第２の小領域ＭＳの濃淡値は、第４の小領域ＭＳの濃淡値よりも薄い濃淡値を示すように補正され、その結果、第４の小領域ＭＳが最も濃い濃淡値を示すことになり、したがって第４の小領域ＭＳが中間点ＭＰとして選出されるわけである。

それぞれの列で中間点ＭＰが設定されると、始点ＳＰ、それぞれの中間点ＭＰ、そして終点ＥＰの順で連結してひび割れ形状を生成する（図５のＳｔｅｐ４０７）。具体的には、オペレーターによって入力された始点ＳＰと終点ＥＰを端点とし、それぞれ特徴点（始点ＳＰや中間点ＭＰ、終点ＥＰ）間を線分で連結していく。あるいは、従来用いられている「動的計画法」を利用してひび割れ形状を生成することもできる。以下、動的計画法を利用した手法について説明する。

まず濃淡値設定手段１０５が、濃い（黒色に近い）ほど濃淡値が大きい値となり、逆に薄い（白色に近い）ほど濃淡値が小さい値となるように、小領域ＭＳに対して濃淡値（グレースケール）を設定する。そして、着目領域ＲＰ内を通る複数のルート（小領域ＭＳを連結した経路）のうち、ルート内にある小領域ＭＳの濃淡値の総和が最大となるものをひび割れ形状として決定する。このとき、始点ＳＰと終点ＥＰは必ず端点とする仕様としてもよいし、変化点に関しては端点とすることなく単に濃淡値の総和によってひび割れ形状として決定する仕様としてもよい。

ひび割れ形状が生成されると、基準線分ＳＬが元の傾きになるように（例えば図６（ｂ）の状態になるように）、変換手段１０７がひび割れ形状を回転する。

（第２の実施形態）
続いて第２の実施形態における本願発明のひび割れ形状生成装置１００について説明する。なお、ここまで説明した第１の実施形態と同じ内容について重複する説明は避け、第２の実施形態に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、第１の実施形態で説明したものと同様である。

既述したとおり第２の実施形態では、図１０に示すようにひび割れＣＲ上に始点ＳＰと終点ＥＰの２点に加え変化点を入力すると、自動的にひび割れ形状が生成される。図１０は、表示手段１０１に表示されたひび割れ画像ＩＭのひび割れＣＲ上に、オペレーターが始点ＳＰと、２つの変化点（第１変化点ＣＰ１と第２変化点ＣＰ２）、そして終点ＥＰを設定した状態を模式的に示すモデル図である。このときオペレーターは、図２に示す特徴点設定手段１０２を用いて始点ＳＰと、変化点、終点ＥＰを設定する。

以下、図１１と図１２を参照しながら、第２の実施形態における本願発明のひび割れ形状生成装置１００の処理について説明する。図１１は、第２の実施形態におけるひび割れ形状生成装置１００を使用するときの主な処理の流れを示すフロー図であり、図１２は、第２の実施形態におけるひび割れ形状生成装置１００がひび割れ形状を生成する際の主な処理の流れを示すフロー図である。なお図１１と図１２のフロー図では、中央の列に実施する行為を示し、左列にはその行為に必要なものを、右列にはその行為から生ずるものを示している。

まず図１１に示すように、ひび割れ画像ＩＭを表示する（図１１のＳｔｅｐ１００）。表示手段１０１にひび割れ画像ＩＭが表示されると、オペレーターはそのひび割れ画像ＩＭを目視しながら、図２に示す特徴点設定手段１０２を用いて、ひび割れＣＲ上に始点ＳＰを入力し（図１１のＳｔｅｐ２００）、オペレーターが必要と判断する数だけ変化点を入力していく（図１１のＳｔｅｐ５００）。そしてオペレーターが終点ＥＰを入力すると（図１１のＳｔｅｐ５００）、ひび割れ形状の一部を構成する「部分ひび割れ形状」が生成される（図１１のＳｔｅｐ６００）。より詳しくは、始点ＳＰと変化点に基づいて部分ひび割れ形状が生成され、さらに変化点と変化点に基づいて部分ひび割れ形状が生成され、そして変化点と終点ＥＰに基づいて部分ひび割れ形状が生成される。すべての部分ひび割れ形状が形成されると、これらを連結することによって全体のひび割れ形状が生成される（図１１のＳｔｅｐ７００）。なお、終点ＥＰの入力にあたっては、オペレーターが特別な処理（完了ボタンを押すなどの処理）を行う仕様にするとよい。また、上記したように終点ＥＰの入力に応じてすべての部分ひび割れ形状を生成する仕様とすることもできるし、変化点を入力するタイミングでその都度部分ひび割れ形状を生成する仕様とすることもできる。以下、図１２を参照しながらひび割れ形状を生成する処理についてさらに詳しく説明する。

図１２に示すように、２つの特徴点（始点ＳＰと第１変化点ＣＰ１、あるいは第１変化点ＣＰ１と第２変化点ＣＰ２、など）が入力されると、領域生成手段１０３（図２）が基準線分ＳＬを生成する（図１２のＳｔｅｐ６０１）。この基準線分ＳＬは、図１３に示すように２つの特徴点を通る線分である。この図では、始点ＳＰと第１変化点ＣＰ１を通る第１基準線分ＳＬ１と、第１変化点ＣＰ１と第２変化点ＣＰ２を通る第２基準線分ＳＬ２、第２変化点ＣＰ２と終点ＥＰを通る第３基準線分ＳＬ３が生成されている。

また基準線分ＳＬは、特徴点が始点ＳＰや終点ＥＰである場合はこれを端点とし、特徴点が変化点である場合は変化点の外側に延伸するように生成される。例えば、図１４（ａ）に示すように始点ＳＰと第１変化点ＣＰ１を通る基準線分ＳＬ１は、始点ＳＰを端点（図では左側端点）として出発し、第１変化点ＣＰ１を通過し、さらに第１変化点ＣＰ１の外側（図では右側）に延伸するように生成される。第２変化点ＣＰ２と終点ＥＰを通る第３基準線分ＳＬ３も、基準線分ＳＬ１と同様に生成される。一方、図１４（ｂ）に示すように第１変化点ＣＰ１と第２変化点ＣＰ２を通る基準線分ＳＬ２は、第１変化点ＣＰ１と第２変化点ＣＰ２を結ぶ線分から、さらに第１変化点ＣＰ１の外側（図では左側）に延伸するとともに、第２変化点ＣＰ２の外側（図では右側）にも延伸するように生成される。なお、変化点の外側に延伸する長さは、あらかじめ定めた一定長とすることもできるし、２つの特徴点間の距離に基づく（例えば、所定の割合の）距離とすることもできるし、隣接する基準線分ＳＬに当たるまで延伸することもできる。

基準線分ＳＬを生成すると、領域生成手段１０３はさらに着目領域ＲＰを生成する（図１２のＳｔｅｐ６０２）。領域生成手段１０３が着目領域ＲＰを生成すると、そのタイミングで表示手段１０１に着目領域ＲＰを表示することもできる。例えば図１３に示すケースでは、オペレーターによって始点ＳＰと第１変化点ＣＰ１が入力されたタイミングで表示手段１０１に第１着目領域ＲＰ１を表示し、第１変化点ＣＰ１と第２変化点ＣＰ２が入力されたタイミングで表示手段１０１に第２着目領域ＲＰ２を表示するわけである。なお着目領域ＲＰは、ひび割れＣＲに重ねて表示することとし、着目領域ＲＰに着色するときは図１５に示すように透過して表示するとよい。なお、図１５の着目領域ＲＰには色が示されていないが、実際は緑色が付され、ひび割れＣＲが確認できるように透過して表示されている。これによりオペレーターは、表示手段１０１に表示された着目領域ＲＰを目視しながら、特徴点を入力していくことができる。

着目領域ＲＰが生成されると、変換手段１０７（図２）が着目領域ＲＰを回転する（図１２のＳｔｅｐ６０３）。なお既述したとおり、着目領域ＲＰを回転することなく、つまり基準線分ＳＬがＸ軸やＹ軸に対して傾斜した状態のまま、次のステップ（小領域の生成）に進む仕様とすることもできる。着目領域ＲＰが回転されると（あるいは、着目領域ＲＰが生成されると）、小領域生成手段１０４（図２）が小領域ＭＳを生成し（図１２のＳｔｅｐ６０４）、濃淡値設定手段１０５（図２）がそれぞれの小領域ＭＳに対して濃淡値（グレースケール）を設定する（図１２のＳｔｅｐ６０５）。

小領域ＭＳに対して濃淡値が設定されると、中間点設定手段１０６（図２）がそれぞれの列内にある小領域ＭＳの中から中間点ＭＰを設定する（図１２のＳｔｅｐ６０６）。そして、特徴点と中間点ＭＰを連結することによって部分ひび割れ形状を生成する（図１２のＳｔｅｐ６０７）。なお、始点ＳＰや終点ＥＰを含む着目領域ＲＰに基づいて部分ひび割れ形状を生成する場合は、始点ＳＰ（あるいは終点ＥＰ）と中間点ＭＰを連結することによって生成し、始点ＳＰや終点ＥＰを含まない着目領域ＲＰに基づいて部分ひび割れ形状を生成する場合は、複数の中間点ＭＰを連結することによって生成するとよい。

既述したとおり、全体のひび割れ形状はすべての部分ひび割れ形状を連結することによって生成される。ところで、隣接する２つの着目領域ＲＰに基づいて生成される部分ひび割れ形状が一部重なることがある。例えば図１６では、左側着目領域ＲＰａに基づいて形成された左側部分ひび割れ形状ＣＰａと、右側着目領域ＲＰｂに基づいて形成された右側部分ひび割れ形状ＣＰｂが２点で交差している。この場合、交差する２点間の距離が短い方のひび割れ形状（図１６では左側部分ひび割れ形状ＣＰａ）を選択したうえで、左側部分ひび割れ形状ＣＰａと右側部分ひび割れ形状ＣＰｂを連結して全体のひび割れ形状ＣＡを生成するとよい。

また、隣接する２つの着目領域ＲＰに基づいて生成される部分ひび割れ形状が交差しないこともある。例えば図１７では、左側着目領域ＲＰａに基づいて形成された左側部分ひび割れ形状ＣＰａの一端（図では下端）と、右側着目領域ＲＰｂに基づいて形成された右側部分ひび割れ形状ＣＰｂの一端（図では下端）が離れている。この場合、左側部分ひび割れ形状ＣＰａの下端と、右側部分ひび割れ形状ＣＰｂの下端を補完するような線分ＣＳで連結することによって、全体のひび割れ形状ＣＡを生成するとよい。

本願発明のひび割れ形状生成装置は、橋梁のコンクリート床版やトンネルの覆工コンクリート、ダムの堤体、擁壁など様々なコンクリート構造物、すなわち様々な建設インフラに利用することができる。本願発明によれば、供用中の建設インフラの劣化状況が把握でき、その劣化状況に応じた補修、補強対策が可能となり、ひいては建設インフラの長寿命化につながることを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

１００ 本願発明のひび割れ形状生成装置
１０１ （形状生成装置の）表示手段
１０２ （形状生成装置の）特徴点設定手段
１０３ （形状生成装置の）領域生成手段
１０４ （形状生成装置の）小領域生成手段
１０５ （形状生成装置の）濃淡値設定手段
１０６ （形状生成装置の）中間点設定手段
１０７ （形状生成装置の）変換手段
１０８ （形状生成装置の）画像記憶手段
ＣＲ ひび割れ
ＥＰ 終点
ＩＭ ひび割れ画像
ＭＰ 中間点
ＭＳ 小領域
ＲＰ 着目領域
ＳＬ 基準線分
ＳＰ 始点

Claims (7)

1. ひび割れを取得したひび割れ画像に基づいて、ひび割れの形状を生成する装置であって、
   前記ひび割れ画像を表示する表示手段と、
   オペレーターが、前記表示手段に表示された前記ひび割れ画像を目視しながら、ひび割れ上に始点と終点を設定する特徴点設定手段と、
   前記始点と前記終点を結ぶ基準線分を生成するとともに、該基準線分を中心にあらかじめ定めた距離だけ拡張した着目領域を生成する領域生成手段と、
   前記着目領域を、前記基準線分に平行な複数行に分割するとともに、該基準線分に直交する複数列に分割することによって、複数の小領域を生成する小領域生成手段と、
   前記ひび割れ画像に基づいて、それぞれの前記小領域に濃淡値を設定する濃淡値設定手段と、
   同列上に並ぶ前記小領域の中から、濃淡値に基づいて選出された該小領域を、中間点として設定する中間点設定手段と、を備え、
   前記始点と前記中間点と前記終点を連結することによって、ひび割れ形状を生成する、
   ことを特徴とするひび割れ形状生成装置。
2. ひび割れを取得したひび割れ画像に基づいて、ひび割れの形状を生成する装置であって、
   前記ひび割れ画像を表示する表示手段と、
   オペレーターが、前記表示手段に表示された前記ひび割れ画像を目視しながら、ひび割れ上に特徴点を設定する特徴点設定手段と、
   隣接する２つの前記特徴点に基づく基準線分を生成するとともに、該基準線分を中心にあらかじめ定めた距離だけ拡張した着目領域を生成する領域生成手段と、
   前記着目領域を、前記基準線分に平行な複数行に分割するとともに、該基準線分に直交する複数列に分割することによって、複数の小領域を生成する小領域生成手段と、
   前記ひび割れ画像に基づいて、それぞれの前記小領域に濃淡値を設定する濃淡値設定手段と、
   同列上に並ぶ前記小領域の中から、濃淡値に基づいて選出された該小領域を、中間点として設定する中間点設定手段と、を備え、
   前記特徴点は、ひび割れの始点、終点、又は変化点であり、
   前記領域生成手段は、前記特徴点が前記始点又は前記終点であるときは該特徴点を端点とし、前記特徴点が前記変化点であるときは該変化点の外側に延伸するように、前記基準線分を生成し、
   前記始点と前記中間点と前記終点を連結することによって、ひび割れ形状を生成する、
   ことを特徴とするひび割れ形状生成装置。
3. 隣接する２つの前記着目領域によって生成された２つの前記ひび割れ形状が２点で交差するときは、交差する２点間の距離が短い方の該ひび割れ形状を選択して、隣接する２つの該ひび割れ形状を連結する、
   ことを特徴とする請求項２記載のひび割れ形状生成装置。
4. 隣接する２つの前記着目領域によって生成された２つの前記ひび割れ形状が交差しないときは、２つの該ひび割れ形状の端点どうしを線分で連結する、
   ことを特徴とする請求項２記載のひび割れ形状生成装置。
5. 前記表示手段は、前記着目領域を表示し、
   オペレーターは、前記表示手段に表示された前記着目領域を目視しながら、前記特徴点を設定し得る、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のひび割れ形状生成装置。
6. 直交する第１軸及び第２軸からなる座標軸があらかじめ設定され、
   前記基準線分が前記第１軸と平行になるように、前記着目領域を回転する変換手段を、さらに備え、
   前記小領域生成手段は、前記変換手段によって回転された前記着目領域に対して前記小領域を生成し、
   前記変換手段は、前記ひび割れ形状が生成されると、前記基準線分が元の傾きになるように該ひび割れ形状を回転する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のひび割れ形状生成装置。
7. 前記濃淡値設定手段は、前記小領域の濃淡値を、該小領域が前記基準線分から離れるほど薄い濃淡値を示すように補正し、
   前記中間点設定手段は、前記濃淡値設定手段によって補正された濃淡値に基づいて前記中間点を設定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のひび割れ形状生成装置。

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