JPH10185889A - Ｂスコープ画像における連結領域抽出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射エコーのＢスコープ画像上での伝播時間
方向に広がりを持つ連結領域を一つの連結領域として抽
出し、レールなどの傷判定を高速化し、かつ、正確に行
う。 【解決手段】 超音波探触器１１から表示装置１４まで
の構成を有し、同一のパルスの放射位置では伝播時間が
短い方から、反射エコーが順次検出される度に位置を算
出する。既に使用されている割付番号を最後に割り付け
た反射エコーの位置を一端とし、既に使用した割付番号
を最後に割り付けた反射エコーと同一の放射位置で検出
されて既に使用した割付番号を割り付けた反射エコー中
の、最初に既に使用した割付番号を割り付けた反射エコ
ーの位置を他端とする領域と、検出反射エコーの位置と
の距離が所定の範囲内であるとき、検出反射エコーに既
に使用した割付番号を割り付ける。この条件によって、
検出反射エコーに既に使用した割付番号が割り付けられ
なかった場合に、検出反射エコーに未使用の割付番号を
割り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波レール探傷
車で鉄道レールなどの傷の判定を行う際の超音波やマイ
クロ波又はミリ波の反射エコーからＢスコープ画像の連
結領域を抽出するＢスコープ画像における連結領域抽出
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波レール探傷車などにおける
レール傷判定では、反射エコーのＢスコープ画像上で互
いに連結関係にある反射エコーありの画素の集合を一つ
の領域として抽出する処理を行っている。すなわち、連
結領域の抽出が行われる。図６は、このような従来の鉄
道などのレール（被検査材）を超音波で探傷する際の計
測状態を示す斜視図であり、図７は図６中の超音波探傷
装置の構成を示すブロック図である。

【０００３】図６及び図７において、この例では、探傷
対象のレール（被検査材）１上を、超音波探傷装置２と
接続されるケーブル３の先端に設けられた超音波探触子
４を移動させてレール１の探傷を行っている。図７に示
す超音波探傷装置２では、超音波探触子４がレール１上
を接触して移動する。この際、送信部２ａから一定周期
で出力する送信信号が超音波探触子４に入力され、内部
の図しない振動子からの超音波パルスがレール１に放射
される。この超音波パルスがレール１の傷で反射し、こ
の反射波が超音波探触子４内の振動子で受信される。

【０００４】この受信波信号が受信部２ｂに入力され、
ここで増幅などを行って信号処理部２ｃに入力される。
信号処理部２ｃでは、ここに設けられたゲート回路によ
って所定のビーム路程範囲のみを検出する。さらに、信
号処理部２ｃで検出したアナログ信号をデジタル信号に
変換し、受信信号レベルを判定レベルと比較して反射エ
コーを検出する。この検出した反射エコーデータと図示
しない移動距離センサからの移動量データに基づいて、
レール１の傷の位置や、その重大性の判定を行い、この
結果データをブラウン管（ＣＲＴ）などの表示部２ｄで
画面表示している。また、記録部２ｅのメモリなどに記
憶して保存し、さらに、必要に応じて記録紙に印刷して
出力している。

【０００５】このような超音波レール探傷車における傷
の測定にあって、連結領域の抽出処理は、例えば、ラベ
リングと呼ばれる画像処理手法を用いて行うことが出来
る。このラベリングについては、例えば「コンピュータ
画像処理入門」（田村監修、総研出版、１９８５年）に
記載があり、これは連結領域ごとにラベル（番号）を割
り付ける処理である。

【０００６】また、ラベリング処理の問題点を解決した
例として、反射エコーのＢスコープ画像における連結領
域の抽出を高速で行い、かつ、反射エコーの多少の欠落
を必要に応じて許容できる、当出願人が提案した「Ｂス
コープ画像の連結領域抽出方法及び装置（特願平８−０
７５５０１号）」に記載の方法を用いることが出来る。

【０００７】図８は、このような連結領域の抽出を説明
するための図である。図８において、この連結領域抽出
方法は、超音波探触子又はマイクロ波やミリ波のアンテ
ナ等が移動又は回転しながらパルスを放射して、その反
射エコーが検出されるごとに、パルスの放射位置（又は
角度）と伝播時間で規定される反射エコーのＢスコープ
画像上での位置を求めている。

【０００８】この検出された反射エコーのＢスコープ画
像上の位置と、既に使用されている割付番号を最後に割
り付けられた反射エコーのＢスコープ画像上での位置と
を比較して、両者の距離が所定の範囲内であるとき、す
なわち、連結している際に、検出した反射エコーに、既
に使用した割付番号を割り付けている。また、これらの
条件によって検出された反射エコーにすで使用した割付
番号が割り付けられなかった場合に、検出された反射エ
コーに未使用の割付番号を割り付けている。この手順に
よって、Ｂスコープ画像上での連結領域ごとに異なる割
付番号が割り付けられて、連結領域が抽出されることに
なる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな連結領域の抽出方法では、伝播時間方向に広がりを
持つ連結領域については、一つの連結領域として抽出す
ることができなかった。図９は、この伝播時間方向に広
がりを持つ連結領域を説明するための図であり、図１０
は連結領域の抽出結果を説明するための図である。

【００１０】図９において、パルスの放射位置がＸ方向
へ移動する際に、例えば、位置ａの反射エコーが検出さ
れて割付番号１が割り付けられる。続いて、同一の放射
位置で伝播時間の短い順次に位置ｂまでの反射エコーが
検出される。これらは連結しており、位置ａ〜ｂの間に
割付番号１が割り付けられる。次に、位置ｃの反射エコ
ーが検出されるが、このとき、割付番号１が最後に割り
付けられた反射エコーは、位置ｂであり、位置ｃと位置
ｂとの連結関係が調べられる。この際、両者は連結して
いないので、位置ｃには新たな割付番号２が割り付けら
れる。以下、同様にして割付番号が割り付けられ、最終
的に、図１０に示す連結領域の抽出結果が得られる。

【００１１】このように、伝播時間方向に広がりを持つ
連結領域については、放射位置ごとに異なる割付番号が
割り付けられてしまい、一つの連結領域抽出が得られな
いという欠点がある。本発明は、このような欠点を解決
するものであり、反射エコーのＢスコープ画像における
伝播時間方向に広がりを持つ連結領域についても、一つ
の連結領域として抽出することが出来るようになり、例
えば、超音波レール探傷車などにおけるレール傷判定
が、高速化され、かつ、正確に可能になるＢスコープ画
像における連結領域抽出方法を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明はパルスを放射して得られた反射エコーのＢ
スコープ画像から連結領域の抽出を行うＢスコープ画像
における連結領域抽出方法にあって、パルスの放射位置
の変化における同一のパルスの放射位置では伝播時間が
短い方から、反射エコーが順次検出される度に、この検
出反射エコーのＢスコープ画像上の位置を算出し、既に
使用されている割付番号を最後に割り付けられた反射エ
コーの位置を一端とし、既に使用した割付番号を最後に
割り付けた反射エコーと同一の放射位置で検出されて、
既に使用した割付番号を割り付けた反射エコー中の、最
初に既に使用した割付番号を割り付けた反射エコーの位
置を他端とする領域と、検出反射エコーの位置との距離
が、所定の範囲内であるとき、検出反射エコーに既に使
用した割付番号を割り付け、この条件によって、検出反
射エコーに既に使用した割付番号が割り付けられなかっ
た場合に、この検出反射エコーに未使用の割付番号を割
り付けている。

【００１３】このような本発明のＢスコープ画像におけ
る連結領域抽出方法では、既に使用されている割付番号
を最後に割り付けた反射エコーだけでなく、同一の放射
位置で検出された反射エコーのいずれかと、Ｂスコープ
画像上での距離が所定の範囲内であるとき、その割付番
号が割り付けられることになる。したがって、反射エコ
ーのＢスコープ画像における伝播時間方向に広がりを持
つ連結領域についても、一つの連結領域として抽出する
ことが出来るようになる。この結果、例えば、超音波レ
ール探傷車などにおけるレール傷判定が高速化され、か
つ、正確に可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明のＢスコープ画像に
おける連結領域抽出方法を図面を参照して説明する。図
１は本発明のＢスコープ画像における連結領域抽出方法
が適用される装置構成のブロック図である。図１におい
て、この例は、高速走行する超音波レール探傷車に適用
されるものであり、傷の検査対象であるレール１０を超
音波探触器１１が接触して移動するようになっている。

【００１５】さらに、この超音波探触器１１に超音波を
放射し、かつ、超音波探触器１１で受信した反射エコー
の反射信号を増幅、デジタル信号化等の受信処理を行う
超音波探傷装置１２が設けられている。この超音波探傷
装置１２は超音波信号を送出する図示しない送信部及び
反射エコーの反射信号を増幅、デジタル信号化等の受信
処理を行う受信部とから構成されている。

【００１６】また、超音波探傷装置１２が出力する受信
データからＢスコープ画像を生成して、伝播時間方向に
広がりを持つ連結領域を一つの連結領域として抽出する
Ｂスコープ画像処理装置１３及び、この処理データを画
面表示する表示装置１４が設けられている。図２は図１
中に示すＢスコープ画像処理装置１３及び表示装置１４
の構成を示すブロック図である。図２において、このＢ
スコープ画像処理装置１３は、装置を制御するＣＰＵ２
１、ＣＰＵ２１が生成したＢスコープ画像データを記憶
する画像メモリ２２、制御プログラムや割付番号を記憶
するＲＯＭ２３及びワーキング用のＲＡＭ２４からな
る。

【００１７】また、Ｂスコープ画像処理装置１３は超音
波探傷装置１２が出力する受信データを取り込むための
Ｉ／Ｏ回路２５、画面表示を制御するＣＲＴコントロー
ラ２６及び外部の記憶媒体での記憶データを送出するＩ
／Ｏ回路２７からなる。さらに、デバイスを接続するた
めのデバイスアダプタ２８、各部が接続されるバスライ
ン２９及び座標入力操作を行うためのマウス３０が設け
られている。さらに、機能選択などの入力操作を行うた
めのキーボード３１、処理データをＩ／Ｏ回路２７を通
じて記憶し、かつ、記憶データを送出する外部記憶装置
３２及び処理データを画面表示するＣＲＴモニタ３３を
有している。

【００１８】図３はＢスコープ画像処理装置１３内のＣ
ＰＵ２１によるＢスコープ画像における連結領域を抽出
する機能ブロック図である。この連結領域抽出の機能
は、Ｂスコープ画像を生成するＢスコープ画像生成処理
部４０及び連結領域の抽出を処理する連結領域抽出処理
部４１からなる。図４は、連結領域抽出処理部４１の機
能ブロック図であり反射エコー検出部５０、位置算出部
５１、連結判定部５２、第一の割付番号割付部５３及び
第二の割付番号割付部５４で構成される。

【００１９】位置算出部５１は反射エコー検出部５０で
反射エコーが順次検出される度に、検出反射エコーのＢ
スコープ画像上での位置を算出する。連結判定部５２
は、既に使用されている割付番号を最後に割り付けられ
た反射エコーの位置を一端とし、既に使用した割付番号
を最後に割り付けた反射エコーと同一の放射位置で検出
されて、既に使用した割付番号を割り付けた反射エコー
中の、最初に既に使用した割付番号を割り付けた反射エ
コーの位置を他端とする領域と、検出反射エコーの位置
との連結関係を判定する。

【００２０】また第一の割付番号割付部５３は、連結判
定部５２で連結していると判定された既に使用されてい
る割付番号を、検出された反射エコーに割付ける。更
に、第二の割付番号割付部５４は、第一の割付番号割付
部５３で、検出された反射エコーに既に使用した割付番
号が割り付けられなかったとき、新たな割付番号を検出
された反射エコーに割り付ける。

【００２１】次の本発明の装置動作を説明する。図１の
装置動作としては、まず超音波探触器１１からレールの
傷の発生部位と方向性を考慮した超音波を放射して、そ
の反射エコーを受信する。即ち超音波探触器１１には、
超音波探傷装置１２の送信部から超音波が入力され、か
つ、受信部が超音波探触器１１で受信した反射エコーの
反射信号を増幅、デジタル信号化等の受信処理を行っ
て、Ｂスコープ画像処理装置１３に出力する。

【００２２】図２に示すＢスコープ画像処理装置１３で
はＣＰＵ２１がＩ／Ｏ回路２５及びバスライン２９を通
じて反射エコーのデータを取り込み。ＲＯＭ２３から読
みだした制御プログラムに基づいて、図３及び図４に示
す連結領域抽出の機能ブロックによるデータ処理が行わ
れる。すなわち、超音波探傷装置１２から取り込んだ受
信データから反射エコーのＢスコープ画像を生成し、こ
のＢスコープ画像から伝播時間方向に広がりを持つ連結
領域を、一つの連結領域として高速かつ高精度で抽出す
る。

【００２３】この際、処理データがワーキング用のＲＡ
Ｍ２４に一時的に記憶して行われ、また、この処理デー
タがＣＲＴモニタ３３に画面表示される。さらに、処理
データがＩ／Ｏ回路２７を通じて外部記憶装置３２に記
憶される。この処理の指示操作がデバイスアダプタ２８
に接続されるマウス３０及びキーボード３１で行われ
る。

【００２４】次に、Ｂスコープ画像における連結領域抽
出処理を説明する。図４において、連結領域抽出処理部
４１では、位置算出部５１が反射エコー検出部５０で反
射エコーを検出する毎にＢスコープ画像上での位置
（ｘ，ｙ）を算出する。この場合、パルスの放射位置の
変化における同一のパルスの放射位置では伝播時間が短
い方から、反射エコーが順次検出される度に、検出され
た反射エコーの位置を算出する。

【００２５】位置算出部５１で算出された反射エコーの
位置は連結判定部５２に与えられ、連結判定部５２にお
いて、既に使用されている割付番号を最後に割り付けら
れた反射エコーの位置を一端とし、既に使用した割付番
号を最後に割り付けた反射エコーと同一の放射位置で検
出されて、既に使用した割付番号を割り付けた反射エコ
ー中の、最初に既に使用した割付番号を割り付けた反射
エコーの位置を他端とする領域との連結関係が判定され
る。

【００２６】連結判定部５２で連結していると判定され
たときは、第一の割付番号割付部５３により、連結して
いると判定された既に使用されている割付番号を、検出
された反射エコーに割付ける。また連結判定部５２で連
結していると判定されず、第一の割付番号割付部５３に
より既に使用されている割付番号が割付けられなかった
ときは、第二の割付番号割付部５４によって新たな割付
番号を検出された反射エコーに割り付ける。

【００２７】図５はＢスコープ画像における本発明の連
結領域抽出動作の処理手順を示すフローチャートであ
る。尚、以下の説明で、ｎは次に使用する未使用の割付
番号、（ｘ，ｙ）は検出された反射エコーのＢスコープ
画像上での位置、（ｘｉ，ｙｉ２）、（ｘｎ，ｙｎ２）
は、それぞれ割付番号ｉ，ｎを最後に割り付けた反射エ
コーのＢスコープ画像上での位置である。また（ｘｉ，
ｙｉ１）、（ｘｎ，ｙｎ１）は、それぞれ割付番号ｉ，
ｎを最後に割り付けた反射エコーと同一の放射位置で、
最初にその割付番号を割り付けた反射エコーのＢスコー
プ画像上での位置である。更に、Ｎ（ｘ，ｙ）はＢスコ
ープ画像上の点（ｘ，ｙ）に割り付けた割付番号であ
る。図５において、最初に、処理を開始する時点で、次
に使用する未使用の割付番号ｎを１とし（ステップＳ
１）、以下の処理を繰り返す。

【００２８】反射エコーが検出されると（ステップＳ
２）、このＢスコープ画像上での位置（ｘ，ｙ）を算出
する（ステップＳ３）、Ｂスコープ画像は、パルスの放
射位置と伝播時間とを、例えば、それぞれ横軸、縦軸と
する画像であるから、その場合、ｘ＝ａ・（放射位
置）、ｙ＝ｂ・（ビーム路程）として算出される。ただ
し、ａ，ｂは定数である。

【００２９】続いて、既に使用されている割付番号（１
〜ｎ−１で、ｎ＝１のときは使用されている割付番号は
存在しない）を対象として（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ
７）、検出された反射エコーのＢスコープ画像上での位
置（ｘ，ｙ）と割付番号ｉを最後に割り付けられた反射
エコーのＢスコープ画像上での位置（ｘｉ，ｙｉ２）及
び、これと同一の放射位置で、最初に割付番号ｉを割り
付けた反射エコーのＢスコープ画像上での位置（ｘｉ，
ｙｉ１）を両端とするＢスコープ画像上の領域とが連結
関係にあるか否かを判定する（ステップＳ６）。ここ
で、連結関係にあると判定する条件としては、例えば、
｜ｘ−ｘｉ｜≦ｐかつｙ≧ｙｉ１−ｑかつ≦ｙｉ２＋ｒ
とすれば良い。

【００３０】ただし、ｐ，ｑ，ｒは所定の正の値であ
る。ここで連結関係にあると判定された場合は、Ｂスコ
ープ画像上の点（ｘ，ｙ）に割付番号ｉを割り付ける
（ステップＳ８）。また、ｘとｘｉが等しいか否かを判
定し（ステップＳ９）、等しくないとき、すなわち、
（ｘ，ｙ）が新たな放射位置で割付番号ｉが割り付けら
れときには、（ｘｉ，ｙｉ１）を（ｘ，ｙ）に置き換え
る（ステップＳ１０）。さらに（ｘｉ，ｙｉ２）を
（ｘ，ｙ）に置き換える（ステップＳ１１）。

【００３１】（ｘ，ｙ）と、（ｘｉ，ｙｉ１）及び（ｘ
ｉ，ｙｉ２）を両端とする領域とが連結関係にある割付
番号ｉが存在しない場合には、Ｂスコープ画像上の点
（ｘ，ｙ）に新たな割付番号ｎを割り付け（ステップＳ
１２）、（ｘｎ，ｙｎ１）及び（ｘｎ，ｙｎ２）を
（ｘ，ｙ）として（ステップＳ１３，Ｓ１４）次に使用
する未使用の割付番号ｎの値を１増加する（ステップＳ
１５）。

【００３２】以上の処理によって、個々の割付番号を最
後に割り付けられた反射エコーの位置を一端とし、それ
と同一の放射位置で最初に、その割付番号を割り付けた
反射エコーの位置が他端として常に記憶され、それを両
端点とする領域と新たに検出された反射エコーの位置と
の連結関係が調べられて割付番号の割り付けが行われ
る。この処理を繰り返すことによって、伝播時間方向に
広がりを持つ連結領域であっても、連結領域ごとに異な
る割付番号が割り付けられ、連結領域抽出が行われるこ
とになる。

【００３３】次に、図９に示したＢスコープ画像を対象
とした場合の具体的な連結領域の抽出処理について説明
する。パルスの放射位置がｘ方向に移動し、かつ、同一
の放射位置では伝播時間が短いから、反射エコーが順次
検出されていくとき、最初に検出される反射エコーは位
置ａであり、まず、割付番号１が割り付けられる。この
とき割付番号１を最後に割り付けた反射エコー及び、こ
れと同一の放射位置で最初に割付番号１を割り付けた反
射エコーは、両方ともに位置ａとなる。

【００３４】その後、同一の放射位置で反射エコーがｂ
点まで検出されるが、この間、割付番号１を最後に割り
付けられた反射エコーを一端とし、それと同一の放射位
置で最初に割付番号１を割り付けた反射エコーの位置を
他端とする両端点の領域と、検出された反射エコーの位
置は連結している（実際には、割付番号１を最後に割り
付けられた反射エコーと連結している）ので、検出され
た反射エコーには割付番号１が割り付けられ、さらに、
割付番号１を最後に割り付けられた反射エコーが更新さ
れる。

【００３５】したがって、位置ｂの反射エコーが検出さ
れ、この検出反射エコーに割付番号１を割り付けた時点
で、割付番号１を最後に割り付けた反射エコーは位置ｂ
で、同一の放射位置で最初に割付番号１を割り付けた反
射エコーが位置ａとなる。次に、位置ｃの反射エコーが
検出されるが、位置ｃは位置ａと連結しており、したが
って、位置ａと位置ｂを両端とする領域とは連結してい
るから、割付番号１が割り付けられる。また、位置ｃは
位置ａや位置ｂと放射位置が異なるので、割付番号１を
最後に割り付けた反射エコー及び、この反射エコーと同
一の放射位置で最初に割付番号１を割り付けた反射エコ
ーの両方が位置ｃとなる。

【００３６】以下、同様にして割付番号の割り付けが行
われ、結局すべての反射エコーに割付番号１が割り付け
られる。尚、本発明の連結領域抽出方法は、上記の実施
形態に示した装置構成及び機能ブロック構成による限定
は受けない。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のＢスコープ画像における連結領域抽出方法によれば、
既に使用した割付番号を最後に割り付けた反射エコー
と、この反射エコーと同一の放射位置で検出された反射
エコーのいずれかと、Ｂスコープ画像上での距離が所定
の範囲内の、その割付番号が割り付けられる。この結
果、反射エコーの伝播時間方向に広がりを持つ連結領域
でも一つの連結領域として抽出することが出来るように
なり、例えば、超音波レール探傷車などにおけるレール
傷判定が高速化され、かつ、正確に可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＢスコープ画像における連結領域抽出
方法が適用される装置構成のブロック図

【図２】図１中に示すＢスコープ画像処理装置及び表示
装置の構成を示すブロック図

【図３】実施形態にあってＢスコープ画像上の連結領域
を抽出する機能ブロック図

【図４】図３中の連結領域抽出処理部の詳細な機能ブロ
ック図

【図５】本発明のＢスコープ画像における連結領域抽出
方法の処理手順を示すフローチャート

【図６】従来例にあって鉄道レールなどを超音波で探傷
する際の計測状態を示す斜視図

【図７】図６中の超音波探傷装置の構成を示すブロック
図

【図８】従来例にあって連結領域の抽出を説明するため
の図

【図９】伝播時間方向に広がりを持つ連結領域を説明す
るための図

【図１０】連結領域の抽出結果を説明するための図

【符号の説明】

１０：レール １１：超音波探触器 １２：超音波探傷装置 １３：Ｂスコープ画像処理装置 １４：表示装置 ４０：Ｂスコープ画像生成処理部 ４１：連結領域抽出処理部 ５０：反射エコー検出部 ５１：位置算出部 ５２：連結判定部 ５３：第一の割付番号割付部 ５４：第二割付番号割付部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルスを放射して得られた反射エコーのＢ
   スコープ画像から連結領域の抽出を行うＢスコープ画像
   における連結領域抽出方法にあって、 パルスの放射位置の変化における同一のパルスの放射位
   置では伝播時間が短い方から、反射エコーが順次検出さ
   れる度に、この検出反射エコーの位置を算出し、既に使
   用されている割付番号を最後に割り付けられた反射エコ
   ーの位置を一端とし、既に使用した割付番号を最後に割
   り付けた反射エコーと同一の放射位置で検出されて、既
   に使用した割付番号を割り付けた反射エコー中の、最初
   に既に使用した割付番号を割り付けた反射エコーの位置
   を他端とする領域と、検出反射エコーの位置との距離
   が、所定の範囲内であるとき、検出反射エコーに既に使
   用した割付番号を割り付け、この条件によって、検出反
   射エコーに既に使用した割付番号が割り付けられなかっ
   た場合に、この検出反射エコーに未使用の割付番号を割
   り付けることを特徴とするＢスコープ画像における連結
   領域抽出方法。