JPH0642300A - トンネル検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 従来の銀塩写真を用いた画像診断方式に代え
て、一次元センサカメラによる連続画像データを用いた
画像診断方式を採用することにより、トンネル表面展開
画像をデータベースとして蓄積管理し、計算機による自
動診断と人間による検索表示を可能とする。 【構成】 一次元センサカメラを用い、カメラ前面に配
置した曲面鏡３を介してトンネル壁面に対して進行方向
と直角方向のトンネル断面スキャンを行い、画像蓄積装
置６に順次そのデータを蓄積して、トンネル壁面の展開
画像を得るトンネル壁面展開画像撮影装置と、画像編集
加工検索機能を備えた計算機と大容量記憶装置を備え、
蓄積されたデータをさらに編集加工し、連続画像データ
の形に変換して過去のデータと併せて管理し、データを
指定に応じて検索表示し、さらに計算機により壁面亀裂
の状況の自動検査などを行うトンネル壁面展開画像診断
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄道などにおけるトンネ
ルの保全管理において、トンネル表面の様子をトンネル
壁面展開画像として得るためのトンネル壁面展開画像撮
影装置と、そのトンネル壁面展開画像をデータベースと
して蓄積管理し、トンネル壁面の亀裂や剥離などの異状
を計算機により自動診断し、人間による検索表示を可能
とするトンネル壁面展開画像診断装置とを具えたことを
特徴とするトンネル検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のトンネル検査方式は人間による直
接的な目視検査を中心に実施されてきたが、最近は銀塩
写真を用いた画像診断方式が用いられるようになってき
ている。写真方式においては、シャッタ解放状態で移動
しながらストリークカメラ方式により連続壁面画像を得
る方式が試みられている例があるが、この場合でもトン
ネル断面周方向には一フイルム面でカバーする事が出来
ず、数本のフィルムに分割して撮影している。このた
め、図２に示すように、フィルムの境界が分離している
ため観察診断がしにくいといった問題がある。

【０００３】また銀塩写真を用いているため現像などの
手間や技術が必要であり、この画像は人間が観察診断す
ることには向いているが、直接に計算機による自動診断
や画像データベース管理などは出来ないので、一旦スキ
ャナーなどの機器を用いて画像データを計算機に入力し
直す必要があり、最近の検査診断業務の近代化の流れに
対して制約を与えるものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
している課題は、前項で指摘した従来の銀塩写真方式に
おける複数フィルム撮影による継ぎ目の問題と、写真と
しての現像やプリントの取扱の難しさの問題を解決し、
さらに画像の撮影から画像データベース管理や検索表
示、さらに自動検査診断処理を一括して計算機によって
実施できるようにすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前項記載の課題を解決す
るための手段として、本発明における撮影装置としては
一次元センサカメラを採用し、映像信号を直接電気信号
として得た上で、これをＡ／Ｄ変換した上で連続画像デ
ータ形式として計算機の中に蓄積する。これにより、銀
塩写真方式のように現像やプリントの処理やスキャナを
介しての計算機への入力などの作業の必要が無く、画像
データの検索、表示、編集、加工、自動診断処理などが
自由自在に実施できるようになる。

【０００６】また、複数フィルム撮影方式による継ぎ目
の問題を解決するための手段として、図３に示されるよ
うに一次元センサカメラの前面に曲面鏡を設置し、これ
によりトンネル断面の必要な領域を一つの一次元センサ
カメラの視野領域でカバーすることが出来る。

【０００７】

【作用】この発明のトンネル壁面展開画像撮影装置で
は、トンネルの壁面の形状に合わせた曲面の鏡を使うこ
とによりトンネル壁面の一断面の映像データが得られ、
さらにトンネル壁面展開画像撮影装置を線路方向に移動
させることにより連続的なトンネル壁面の展開画像を得
ることが出来る。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【０００９】図１はトンネル壁面展開画像撮影装置の全
体構成図である。図１に示すようにトンネル壁面展開画
像撮影装置は、トンネルの壁面を照射する照明装置２
と、トンネルの壁面を撮影する一次元ラインセンサカメ
ラ４と、一次元ラインセンサカメラの画像を連続画像に
変換する画像データ処理計算機５と、連続画像に変換さ
れた画像を蓄積する画像蓄積装置６が、移動車両１の上
に搭載されている。

【００１０】撮影にあたっては、線路上を移動しなが
ら、線路と直角な一断面のトンネル壁面明暗情報を、曲
面鏡３を介して一次元ラインセンサカメラ４により取得
し、画像データ処理計算機５により必要な処理を施した
上で、順次画像蓄積装置６に蓄積する。

【００１１】図３は、線路と直角な一断面のトンネル壁
面明暗情報を、曲面鏡３を介して一次元ラインセンサカ
メラ４の内部にある一次元ラインセンサ４１上に投影す
る機能の説明図である。

【００１２】壁面からの光は、曲面鏡３により反射し、
一次元ラインセンサカメラ４のレンズを通して一次元ラ
インセンサ４１上に到達する。このとき、壁面状況が最
も鮮明に結像するように、一次元ラインセンサカメラ４
のレンズ系を調節する。

【００１３】この曲面鏡３の形状は、凸状とし、トンネ
ル断面に沿った映像が、ラインセンサの端から出来るだ
け均等な対応で結像するように、形状設計を行う。この
時の断面に沿った壁面の位置とラインセンサ４１上の像
の位置の対応を、予めモデル化しておき、トンネル診断
装置における画像補正処理のための計算を可能とする。

【００１４】また、トンネル天井部分の撮影を可能とす
るために、曲面鏡３の形状を図４に示すように線路方向
に勾配を付け錐体とし、一次元ラインセンサカメラ４の
設置位置がミラー３の真上に来ないようにすることによ
り、壁面全体の撮影を可能とすることが出来る。

【００１５】このようにして得られた、トンネル断面ご
との壁面画像データは、装置全体を移動車両１により移
動させながら、順次画像蓄積装置６に蓄積される。図５
は、断面画像データの撮影タイミングと記憶の方式の説
明図である。車上の画像データ処理計算機５は、車輪に
取りつけられたセンサ７より速度あるいは位置の情報を
得て、これにより撮影のタイミング制御や画像データの
画像蓄積装置６への転送を行う。このとき、断面画像デ
ータの撮影タイミングと記憶の仕方として、２つの方式
が考えられる。

【００１６】ひとつの方式としては、時間的に等しい間
隔で撮影をし、その時の１ライン毎の画像データに撮影
位置情報を付けて画像蓄積装置６に順次送り、記憶する
方式である。この場合は、画像を再生する場合、進行速
度の変化により、進行方向のライン密度が不均一になる
ので、後の処理でこの位置の情報を用いて、画像の再構
成を行う必要がある。

【００１７】他の方式としては、画像データ処理計算機
５において車輪からの位置情報にもとづいた等間隔撮影
指令を一次元ラインセンサカメラ４に送り、これにもと
づいて幾何学的に等間隔撮影を行い、進行方向には不均
一性の無い画像データを画像蓄積装置６に送る方式であ
る。この場合は、後処理において、進行方向の幾何学補
正は必要が無くなる。

【００１８】図６はトンネル壁面展開画像診断装置の構
成図である。トンネル壁面展開画像診断装置は、図６に
示すように、画像データ蓄積装置８、画像処理計算機
９、画像表示装置１０、画像印刷装置１１、計算機との
インタフェース装置１２とからなっている。

【００１９】操作者は、このトンネル壁面展開画像診断
装置に対して、インタフェース装置１２を介して操作を
行うことにより、トンネル壁面の映像を自由に検索し、
表示し、診断検査を行うことが出来る。また必要に応じ
て、部分的に拡大表示したり、映像のノイズを除去した
り、陰影を強調して表示するなどの画像処理を施す事が
できる。さらに必要なものについてはその画像を画像印
刷装置１１によって印刷出力して保管する事も出来る。

【００２０】トンネル壁面展開画像撮影装置により蓄積
されたデータを用いて、このようなトンネル画像診断の
機能を実現するためには、連続画像蓄積管理装置（特許
出願中）の正規化データ形式に変換する必要がある。正
規化データに変換するためには以下に述べる幾何学的補
正手法を用いる。

【００２１】幾何学的補正としては、トンネル進行方向
の補正と断面に沿った補正の二つがある。進行方向の補
正は、前に述べたように、撮影時に画像データ処理計算
機５の指令に基づいて等間隔撮影を行っている場合は必
要がないが、機械的に等時間間隔で撮影している場合
は、そのラインの撮影位置の情報にもとづいて、図７に
示すように内挿法により幾何学的な等間隔データを推定
し、進行方向に対する等間隔データ列を再構成する。速
度が不規則に変化すると、画像ラインデータ列の間隔が
不等間隔になる。この不等間隔画像ラインデータ列を等
間隔な線路方向距離軸の上に展開したのが図７の上部で
ある。図７の下部は、上部の不等間隔画像データを等間
隔化した一例である。サンプリング間隔ｄで等間隔化画
像データに補正するとき、距離ｘ_i に該当する画像デー
タが存在する時はその画像データを使用する。該当する
画像データが無い時は前後の画像データを使って新しい
画像データを作成する。新しい画像データの作成方法
は、近傍画像データの平均値を用いる方法や、最も近い
位置の画像データを採用する等の方法がある。

【００２２】図８は、トンネル断面に沿った幾何学補正
の説明図である。１３はある瞬間の一次元ラインセンサ
の１ラインの補正する前の画像データである。９つに分
けたトンネル壁面が１ラインの画像データ上では全て同
じ長さで表現されている。しかし、この例は複線トンネ
ルであり、レールがトンネル中央からずれているので、
撮影された画像はトンネルの部位により歪んで撮影され
る。この撮影画像をトンネルの壁面の長さに変換するこ
とが幾何学補正である。トンネル断面形状とミラーの形
状および一次元ラインセンサカメラ４の形状と位置関係
から決まる幾何学モデルにより、壁面位置と画像上の位
置との対応関係が定まるので、これに対して逆変換を行
って、画像上の位置が壁面に沿った位置と比例するよう
にすることが出来る。実際の変換計算においては、予め
検査対象となるトンネルの壁面に等間隔の目盛りを仮設
し、このトンネル壁面展開画像撮影装置でその目盛りを
撮影し、相互の対応を確認し、丁度この対応を補償する
ような変換対応表を作っておき、実際の変換処理はこの
変換表を用いるのが現実的である。

【００２３】

【発明の効果】本発明の機能を活用することにより、ト
ンネル壁面画像撮影作業が容易になり、検査頻度なども
増やし、よりきめの細かいトンネル壁面状態管理が可能
となる。特にトンネル壁面画像が連続画像データ形式の
規準化されたデータベースとして管理されるために画像
処理による自動診断や時系列管理などが可能となり、公
共輸送機関としての安全性、信頼性の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法の一実施例によるトンネル壁面
の展開画像を得る方法を示す全体構成図である。

【図２】従来技術の中の問題点の一例を説明する図であ
る。

【図３】トンネル壁面の撮影原理を説明する図である。

【図４】図１の一部であるトンネル壁面撮影用一次元セ
ンサカメラとミラーの位置関係を説明する詳細説明図で
ある。

【図５】一次元センサカメラによって撮影された一次元
画像の連続画像への変換方法を説明した図である。

【図６】トンネル壁面展開画像診断装置の構成図であ
る。

【図７】内挿法による幾何学的な等間隔データを推定し
進行方向に対する等間隔データ列を再構成する方法を説
明する図である。

【図８】トンネル断面に沿った幾何学補正の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 移動車両 ２ 照明装置 ３ 曲面鏡 ４ 一次元ラインセンサーカメラ ５ 画像データ処理計算機 ６ 画像蓄積装置 ７ センサ ８ 画像データ蓄積装置 ９ 画像処理計算機 １０ 画像表示装置 １１ 画像印刷装置 １２ 計算機とのインタフェース装置 １３ 補正前１ライン画像データ ４１ 一次元ラインセンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル内を走行する車両上に設置され
   たトンネル壁面撮影用一次元センサカメラを用い、カメ
   ラ前面に配置した曲面鏡を介してトンネル壁面に対して
   進行方向と直角方向のトンネル断面スキャンを行い、車
   上に設置されたデータ蓄積装置に順次そのデータを蓄積
   することにより、トンネル壁面の展開画像を得るトンネ
   ル壁面展開画像撮影装置と、 画像編集加工検索機能を備えた計算機と大容量記憶装置
   を備え、上記装置に蓄積されたデータをさらに編集加工
   し、連続画像データのかたちに変換し、過去のデータと
   併せて管理し、撮影日時、トンネル内位置、拡大率など
   の指定に応じて検索表示し、さらに計算機により壁面亀
   裂、剥離、漏水などの状況の自動診断を行うトンネル壁
   面展開画像診断装置とを備えることを特徴とするトンネ
   ル検査装置。