WO2006001127A1 - 硬化コンクリートの気泡計測方法および気泡計測装置 - Google Patents

硬化コンクリートの気泡計測方法および気泡計測装置 Download PDF

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bubble
illumination
hardened concrete
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Inventor
Takashi Nakano
Koichi Takahashi
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Fast Corporation
Hachiyo Consultant Co., Ltd
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    • G01N2021/1765—Method using an image detector and processing of image signal
    • G01N2021/177—Detector of the video camera type

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring a bubble-containing state such as a bubble content, size, and distribution contained in hardened concrete or other similar bubble-containing object that is intentionally included in advance. It relates to the measuring device. More specifically, the cutting surface of the test piece cut for the above measurement is imaged with a digital camera, and the image of the opening end of the hole enveloping bubbles appearing on the cutting surface is also captured. The present invention relates to an extraction method and apparatus.
  • An imaging device is provided facing the surface of the sample having a bubble hole on the surface, and the surface of the sample is viewed from three directions. Irradiate light one direction at a time, capture images for each irradiation direction, find the brightness up, rp, and lp at the same position of each image, set the three-dimensional coordinates consisting of X, ⁇ , and ⁇ axes representing the brightness.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 02-77648
  • Patent Document 2 Japanese Patent Fair 07—006921
  • the first main means is to set a measurement target surface using a part of hardened concrete containing bubbles (specifically, create a measurement target surface by cutting and polishing, etc.)
  • a method of measuring bubbles contained in hardened concrete by measuring the shape of the open end of a hole that encloses bubbles that open on the target surface, and the inner surface of the hole that appears on the measurement target surface and encloses a substantially spherical bubble
  • the bubbles in the hardened concrete are measured by extracting the feature quantity of the image of the open end of the hole that encloses the bubbles appearing in the measurement area. With this measurement method, it is possible to measure the bubbles (the shape is almost spherical) artificially contained in hardened concrete.
  • the first illumination means and the second illumination means are preferably diffused light illumination means.
  • the density difference image is binarized to extract an image of a hole that wraps bubbles and the feature amount extraction process is performed.
  • the second main means is to set the measurement target surface using a part of the hardened concrete containing bubbles, and to measure the shape of the opening end of the hole that encloses the bubbles that open on the measurement target surface. Therefore, it is a method of measuring bubbles contained in hardened concrete, and the measurement area of the measurement target surface is to illuminate so that the inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble appearing on the measurement target surface is not shaded.
  • the first captured image of the measurement target surface imaged by the digital camera by the illumination of the first illumination means arranged opposite to the surface of the object and the inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble are hidden except near the open end.
  • the inner surface of the substantially spherical bubble hole and the concentration level of the planar part in the measurement area are both high, the cross-sectional shape is irregular, the entrance is narrow, and the depth is greater than the width of the part.
  • the density level of the image of the air bubble is low, and the second captured image of the measurement area captured by illumination with the illumination power is such that these high and low density levels can be easily distinguished.
  • the feature amount extraction processing is performed on the image of the opening of the hole surrounding the bubble appearing in the measurement region, using the second bubble image that has been processed to extract the bubble image of the shape. Due to this measurement method, the bubble of a naturally-generated bubble (entrapped air) caused by the manufacturing process has an irregular cross-section whose depth from the measurement target surface is larger than the width of the narrow part of the cross-section of the hole entrance. It is possible to simultaneously extract both pores and pores of air bubbles (entrein air, shape nearly spherical;) artificially contained in hardened concrete with chemicals.
  • the binary image processing is performed on each of the first bubble image and the second bubble image, and the first binary image and the first 2
  • the binary image is made into a single synthetic bubble image by combining the first binary image and the second binary image, and the measurement object appears in the measurement area with respect to the synthetic bubble image. It is possible to perform feature amount extraction processing of the open end of the hole enclosing the bubble.
  • a black-and-white inverted image of the first binarized image and the second binarized image is used.
  • the illumination means for imaging the third captured image is irradiated with diffused light from a plurality of angles (elevation angles when the measurement area force illumination means is viewed) with respect to the measurement area.
  • Yes Can be an illumination means.
  • the illumination means for capturing the third captured image is a combination of diffused light illumination means consisting of only the first illumination means and the second illumination means, or the first illumination means and the second illumination means. It can be produced by a combination of illumination means and other diffused light illumination means.
  • the illuminating means for capturing the third captured image is a third illuminating means specially provided for capturing the third captured image, or the first illuminating means. It does not matter.
  • the third illumination means is preferably a diffused light illumination means.
  • the third main means is to set the measurement target surface using a part of the hardened concrete containing bubbles and measure the shape of the opening end of the hole that encloses the bubbles that open on the measurement target surface. Therefore, it is a device that measures air bubbles contained in hardened concrete, and is a digital camera that captures the measurement area of the measurement target surface, an image processing device that performs image processing on images captured by the digital camera, and a measurement A first illuminating means arranged to face the measurement region so as to illuminate so that the inner surface of the hole enclosing the substantially spherical bubble appearing in the region is not shaded, and the inner surface of the hole enclosing the approximately spherical bubble In order to illuminate in the shade except for the vicinity of the opening end, the second illuminating means arranged opposite to the measurement area is provided as the illuminating means.
  • the first illuminating means illuminates the digital camera.
  • Imaged with Using the density difference image created by the density difference processing between the first captured image of the measured area and the second captured image of the measurement area captured by the digital camera by the illumination of the second illumination means,
  • the bubbles contained in the hardened concrete are measured by extracting the feature values of the image of the open end of the hole that encloses the bubbles appearing in the measurement area. With this measuring device, it is possible to measure bubbles (the shape is nearly spherical) artificially contained in hard concrete.
  • the first illumination means and the second illumination means are preferably diffused light illumination means.
  • the density difference image can be binarized to extract an image of a hole surrounding a bubble, and a feature amount extraction process can be performed.
  • the fourth main means is to set the measurement target surface using a part of the hardened concrete containing bubbles, and to measure the shape of the opening end of the hole that encloses the bubbles that open on the measurement target surface.
  • the device that measures air bubbles contained in hardened concrete, and is a digital camera that captures the measurement area of the measurement target surface, an image processing device that performs image processing on images captured by the digital camera, and a measurement
  • a first illuminating means arranged to face the measurement region so as to illuminate so that the inner surface of the hole enclosing the substantially spherical bubble appearing in the region is not shaded, and the inner surface of the hole enclosing the approximately spherical bubble
  • At least second illumination means arranged opposite to the measurement area to illuminate in the shade except for the vicinity of the opening end is provided as illumination means.
  • digital illumination is provided by illumination of the first illumination means.
  • Mosquito This is a density difference image created by density difference processing between the first captured image of the measurement area captured by the camera and the second captured image of the measurement area captured by the digital camera by the illumination of the second illumination means.
  • the cross-sectional shape in which the concentration levels of both the inner surface of the substantially spherical bubble hole and the flat portion in the measurement area are both high is greater than the width of the narrow portion of the entrance.
  • a third captured image of the measurement region captured by illumination with illumination means power that makes it possible to easily discriminate between these two high and low density areas, where the density level of the image of the second form of the bubble hole is low.
  • the air contained in the hardened concrete Perform the measurement.
  • This measuring device makes it possible to artificially create a bubble hole with a deformed cross-section that has a large depth of surface force to be measured with a bubble hole naturally generated due to a manufacturing process (entrapped air) and a drug. It is possible to simultaneously extract both pores (entrein air, shape of which is almost spherical) contained in the cured concrete.
  • binarization processing is performed on each of the first bubble image and the second bubble image to form a first binary image and a second binary image, respectively.
  • (1) By combining the binary image and the second binary image, a single synthetic bubble image is created, and the opening end of the hole surrounding the measurement target bubble that appears in the measurement area with respect to the synthetic bubble image is displayed.
  • Bubble measurement can be performed by performing image feature extraction processing.
  • a black-and-white inverted image of the first binarized image and the second binarized image is used.
  • the illuminating means when taking the third captured image is diffused from a plurality of angles (elevation angles when viewing the measuring area force illuminating means) with respect to the measurement area. It can be constituted by illumination means for irradiating.
  • the illuminating means for capturing the third captured image is a combination of the diffused illumination illuminating means consisting of only the first illuminating means and the second illuminating means, or the first illuminating means. And a diffused light illuminating means combination comprising the second illuminating means and other illuminating means.
  • the illuminating means for capturing the third captured image is a third illuminating means specially provided for capturing the third captured image, or the first illuminating means. Any of the means will not work.
  • the third illumination means is preferably a diffused light illumination means.
  • the present invention has solved practical problems associated with conventional techniques relating to a method and an apparatus for measuring bubbles in hardened concrete.
  • special processing had to be performed on the measurement object, the measurement to extract the bubble cross-section took a long time, and the recognition of the bubble holes, measurement method, and operation of the measurement device
  • Practical problems such as the need for skill and the lack of reliability of the extracted results due to the power of human error due to the artificial measurement method have been resolved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the arrangement of components of an imaging system of a bubble measuring apparatus for hardened concrete in Embodiment 1 of the present invention, and the components in the part leading to camera force image processing. .
  • FIG. 2 Other arrangements of imaging system components (addition of 3rd lighting means 43) of the bubble measurement device for hardened concrete according to the present invention and the components in the part leading to camera power image processing in a block diagram It is.
  • FIG. 3 Still other arrangements of the components of the imaging system of the bubble measuring device for hardened concrete of the present invention.
  • Fig. 4 is a block diagram showing the components from the camera to the image processing (the third illumination means 43 has a different shape).
  • FIG. 8 is a photograph showing a binarized image obtained by binarizing the density difference image in the fifth step.
  • FIG. 9 is a photograph showing a binarized image obtained by performing a binarization process on the image captured in the third step in the seventh step.
  • the mixed image force in the eighth step is also a photograph showing an example of the image obtained by performing the feature amount extraction processing of each bubble hole portion (white) in the ninth step.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example (substantially spherical) of bubble holes appearing on the measurement target surface.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the arrangement of components of the imaging system of the bubble measuring device for hardened concrete and the components of the part from the camera force to the image processing.
  • the hardened concrete sample 10 that is cut so that the upper and lower surfaces are parallel and the measurement target surface 11 of at least two parallel surfaces is adjusted to a predetermined roughness by means such as polishing is the front and back ( ⁇ (Y, + ⁇ direction) Mounted on stage 20 moving left and right (- ⁇ , + ⁇ direction), directing force on digital camera 30 so that measurement surface 11 is perpendicular to optical axis 32 of digital camera 30 Are arranged. Also, small light sources such as LEDs are closely arranged on the ring surface that has a ring shape, a square cross section, and includes a side facing the inside of the rectangle (indicated by a thick line) to form a light emitting surface.
  • the first illuminating means 41 and the second illuminating means 42 that irradiate diffused light in the direction from the light emitting surface to the measurement target surface 11 place the center of each ring on the optical axis 32 of the digital camera 30, and set the hardened concrete sample.
  • Each ring is arranged so as to be substantially parallel to 10 measurement target surfaces 11.
  • the digital camera 30 is focused so that the focus is on the measurement target surface 11.
  • the camera 30 itself or by adjusting the position of the digital camera 30 or the height of the stage 20.
  • a single imaging area (hereinafter also referred to as a measurement area) by the digital camera 30 is a small area centered on the intersection with the optical axis 32 of the digital camera on the measurement target surface 11, and the size of the area is the size of the digital camera.
  • the measurement area size is about 4.7 mm ⁇ 4.4 mm.
  • 12 to 14 show examples of bubble holes appearing on the measurement target surface.
  • the bubble holes are 12, 13 and 14, respectively, and the measurement target surface 11 has open ends 12a, 13a and 14a-1 and 14-b corresponding to the intersection of the bubble hole and the measurement target surface 11 respectively.
  • the broken line portion schematically shows the shape of the bubble hole in the depth direction (not visible in the shade).
  • 12c two-dot chain line portion
  • schematically shows a portion of the substantially spherical bubble hole 12 that has been cut away by the preparation of the sample 10.
  • the long bubble hole 14 has two open ends 14a-ltol4a-2.
  • the first illumination means 41 is composed of a line connecting the intersection between the measurement target surface 11 of the hardened concrete sample 10 and the optical axis 32 of the digital camera 30 and the center of the light emission surface of the first illumination means 41 and the measurement target surface 11.
  • the angle ⁇ is set to 40 degrees.
  • the angle ⁇ should be adjusted according to the size of the light emitting surface of the first illumination means 41, the angle of the light emitting surface, and the distance from the measurement area, and should be set to a range of approximately 30 degrees or more.
  • the second illumination means 42 has an angle j8 formed by a line connecting the intersection of the measurement target surface 11 of the hardened concrete sample 10 and the optical axis 32 and the center of the light emission surface of the second illumination means 42 and the measurement target surface 11 1.
  • Measurement object surface 1 1 The size and position are determined so that the inside of the substantially spherical bubble hole 12 existing in the measurement area on the measurement surface 1 1 is shaded. Note that the smaller j8 is, the smaller the bubble hole 12 is observed by increasing the concentration of the inclined part at the inlet of the bubble hole 12 (near the hole side of the open end 12a of the bubble hole 12 to the measurement target surface 11). The image of the bubble 12 hole is close to the real thing.
  • the light emitting surface of the illumination means 42 must also have a small size power S.
  • the angle j8 is set to 6 degrees.
  • the angle j8 should be adjusted according to the ring size of the second illumination means 42, the angle of the light emitting surface, and the distance of the measurement area force, and is generally set in the range of 0 ° to 15 °. Will be done.
  • the shape of the open end (12a, 13a or 14a) of the bubble hole (12, 13 or 14) existing on the surface 11 to be measured by the above-described hard concrete bubble measurement device (in general, the cross-sectional shape of the bubble in the industry)
  • the characteristics of the bubbles contained in the hardened concrete sample 10 are measured and the basic steps are described.
  • the measurement operator moves the stage 20 in the X and Y directions and aligns the center of the measurement target surface 11 (measurement region) of the hardened concrete sample 10 on the optical axis 32.
  • the digital camera 30 is focused.
  • the measurement region is imaged by the digital camera 30, and the result is sent to the image processing device 50, and the image processing device 50 uses the opening end of the bubble hole that exists in the portion included in the measurement region of the measurement target surface 11.
  • Images are extracted.
  • the extraction of the image of the open end of the bubble hole is performed by a series of methods described in the next paragraph, which is a feature of the present invention.
  • the extracted bubble image is extracted with features and is generally handled and processed to conform to the method determined by the ASTM standard to measure various characteristics of bubbles in the measurement area of hardened concrete. Is done.
  • the first illumination means is turned on, an image is taken, and the image is taken into the image processing device 50.
  • the captured image is shown in Fig. 4 (photo).
  • the attention part is not all, but it can be identified with a symbol.
  • the symbol is W for the white aggregate part, B for the black aggregate part, SB for the shallow bubble hole part (substantially spherical bubble hole part), and DB for the deep bubble hole part.
  • Shallow bubble hole part SB is almost an image of the open end of a substantially spherical bubble hole, so it looks almost circular.
  • Table 1 shows the density level of the target area of the image.
  • cement paste, white aggregate and shallow bubble hole part SB this is entrenched air (The density level (degree of white appearance) of the gas pores is relatively small and the depth of the pores is small. (This is the portion where the cross-sectional dimensions of entrapped air (naturally taken-in air bubbles) are large and the depth of the hole is deep), and the shading level is low (black). Since the illumination light spreads to the bottom of the bubble hole, the bubble hole part has a light and shade level almost equal to that of the cement paste.
  • the second illumination means is turned on, an image is taken, and the image is taken into the image processing device 50.
  • the captured image is shown in Fig. 5 (photo).
  • Table 1 shows the density level of the target area of the image.
  • the concentration level of the paste and white aggregate part is higher, and the density level of the aggregate part is lower.
  • the illumination light does not reach the bottom surface of the bubble hole, and a shadow is formed in the hollow part of the bubble hole. Becomes lower.
  • Both the first illumination means and the second illumination means are turned on, an image is taken, and the image is taken into the image processing device 50.
  • the captured image is shown in Figure 6 (photo).
  • Table 2 shows the density levels of the target area of the image.
  • the cross-sectional shape of the hole is often different from the cross-sectional shape of the entrained air, which is often different from the width of the narrow part of the hole cross section (open end 13a or 14a) near the intersection of the hole and the plane part of the measurement area. Often have a great depth.
  • This type of hole is either a depth-wise hole (in the case of Fig. 13) with a large angle in the longitudinal direction of the hole with respect to the plane part of the measurement area (Fig. 13) or a hole along the plane part with a small angle.
  • the side surface of the existing hole is torn in the flat part (in the case of Fig. 14).
  • Most of the bubble holes with shallow depth are bubbles that are artificially mixed with drugs (AE agent, etc.), and are part of the hole 12 of the approximately spherical bubble.
  • the density of the image captured by the first illumination unit only (image captured in the first step) and the image captured by the second illumination unit only (captured image in step 2). Difference processing is performed to create a density difference image.
  • the density difference image is shown in Fig. 7 (photo).
  • Table 1 shows the results of density difference processing (only the attention area).
  • the concentration level of the shallow bubble hole portion SB increases, and the concentration level of the other portions decreases. That is, as is clear from FIG. 7, only the shallow bubble hole portion SB having a round shape is in a state where it can be recognized at a high concentration.
  • 0 is specified if the subtraction result power is less than ⁇ .
  • Binarization processing is performed on the density difference image to create a binarized image. The results are shown in Fig. 8 (photo).
  • Shallow bubble holes are “white” and the others are “black”.
  • the white portion that looks like an “eighth-shape” indicates a state where adjacent substantially spherical bubble holes are partially connected.
  • shallow and non-bubble hole parts SB are low in concentration by the differential concentration process, and the difference between the shallow bubble hole part SB and the concentration of the shallow bubble hole part SB is for discrimination by binary value ⁇ .
  • each illuminance is relatively close to the plane part where there is no hole in the measurement area of each of the first illumination means and the second illumination means.
  • the brightness, angle, or shape of the first and second illumination means must be adjusted so that the difference in the density of the captured images is shallow and sufficiently low compared to the density of the bubble hole part SB. It ’s a good thing!
  • Table 3 shows a comparison of specific black and white areas for the density of the captured images of the illumination by the first illumination means and the illumination by the second illumination means.
  • the number ffi is the value when the density is expressed in gray scale (2 5 6 gradations).
  • Binarization processing is performed on the image captured in the third step to create a binarized image. At that time, since the deep bubble hole DB becomes black, inversion processing is performed. Binary key threshold is deep Since there is a large concentration level difference between the bubble hole DB and other parts (see Table 2), it can be easily determined. The results are shown in Fig. 9 (photo). Deep bubble hole DB is “white”, others are “black”.
  • the feature amount extraction process of each bubble hole part (white) is performed from the mixed image in the seventh step.
  • An example of this is shown in Fig. 11 (photo).
  • the following data is calculated for the bubbles corresponding to each bubble hole.
  • the image processor uses these data to determine the air present in the hardened concrete.
  • Analytical data such as volume, bubble spacing coefficient, bubble specific surface area, bubble distribution, etc., together with the above data, if necessary, are output as the results of bubble measurement for hardened concrete.
  • the third step, the sixth step, and the seventh step are unnecessary.
  • the feature amount extraction process is executed on the binarized image obtained by performing the binarization process on the density difference image obtained in the fourth step.
  • the third illumination means 43 which is a diffused light illumination means, is brought into the embodiment 1 as an illumination means, and is intended to serve as the illumination means in the third step.
  • One way to use the third illumination means 41 is to make up for the shortage when the illuminance of the measurement area due to the illumination of both the first illumination means 41 and the second illumination means 42 is insufficient, as shown in FIG. It is.
  • the third lighting means 43 can be used in place of both the first lighting means 41 and the second lighting means 42 in the third step.
  • This is a method of performing illumination for measurement (imaging) in three steps.
  • the advantage of this method is that depending on the type of hardened concrete, the combination of the first illumination means and the second illumination means may not be able to obtain the results of imaging in the third step. This is useful when special design needs to be performed for the shape, brightness, type of illumination light, etc. of the illumination means 43, and to extend the life of the illumination means.
  • the illumination means for imaging in the third step it is also possible to sufficiently increase the luminance of only the first illumination means 41 and perform illumination with sufficiently uniform illuminance on the measurement region.
  • the block diagram of the components of the imaging system of the foam measurement device for hardened concrete and the components from the camera to the image processing are the same as those shown in Fig. 1.
  • the first illumination means 41 has a different shape and illumination capability (luminance selection width) compared to the case of FIG.
  • the overall shape is a ring shape, and the cross section is square.
  • the surface of the ring in the measurement area direction (the surface corresponding to the thick line) is the light emitting surface, but it is not necessary to stick to this shape.
  • the measurement area on the measurement target surface 11 is illuminated with an acceptable level of uniform illuminance and the angle of illumination light that satisfies the principle of the present invention (the elevation angle when viewing the illumination means from the measurement area) As long as the size and angle of the light emitting surface and the brightness are achieved, it does not work.
  • each lighting means may be constituted by a set of discrete small lighting means.
  • the regular reflection light enters the digital camera 30 and the image is normally captured. As long as it does not become necessary, it does not need to be a diffused light illumination means. In particular, the necessity of diffused light is low in the second illumination means in which illumination light with a low angular force is irradiated to the measurement region.
  • a method for preventing regular reflection light from entering the digital camera there is a method of arranging a polarization filter in front of the digital camera.
  • the movement of the stage has been described in the embodiment as moving in the direction of orthogonal XY coordinates, but the stage where the measurement position can be a desired position on the measurement target surface 11 is not necessarily required. Any method may be used as long as it is a moving method. For example, a moving method using oblique coordinates, a method using rotation and radial movement, and the like can be adopted.
  • the above-described method for measuring air bubbles and a device for measuring air bubbles of hardened concrete according to the present invention performs recognition and extraction of air bubbles by image processing of a computer, and the subjectivity of the measurement operator extends to the measurement operation. The measurement stability and reliability can be ensured.

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Abstract

　気泡部分の抽出のための抽出時間の長さ、抽出作業の面倒さ、抽出装置或は道具立ての複雑さ、並びに抽出結果の信頼性不足等の問題点をすべて解決した硬化コンクリートの気泡計測方法および装置を提供すること。 　硬化コンクリートの試験片の計測対象面の計測領域に対してなす照明光の角度が大きな第１照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された第１撮像画像と、計測領域に対してなす照明光の角度が小さい第２照明手段の照明によって撮像された第２撮像画像との濃度差分画像に対して画像処理がなされた第１気泡画像と、所定レベルを超える照度で計測領域を照らす照明手段からの照明によって撮像された計測領域の第３撮像画像に対して画像処理がなされた第２気泡画像を使用して、計測領域に現れている気泡を包む孔の開口部の像の特徴量抽出処理を行うことによって、硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う方法と装置。

Description

硬化コンクリートの気泡計測方法および気泡計測装置
技術分野
[0001] 本発明は、気泡を予め故意に含ませて製造された硬化コンクリートあるいは他の類 似の気泡含有物体に含まれる気泡の含有量、サイズ、分布等の気泡含有状態の計 測方法とその計測装置に関する。更に詳しくは、主に、上記計測のため切断された 試験片の切断面をディジタルカメラで撮像し、切断面上に現れて ヽる気泡の包まれ ていた孔の開口端の像を撮像画像力も抽出する方法と装置に関する。
背景技術
[0002] 従来、硬化コンクリートに含有する気泡の計測をするための気泡孔形状の抽出には いくつかの方法がとられている。第 1の方法の例は、特開平 2— 77648に開示されて いるように、蛍光染料を添加したシァノアクリレートを、コンクリート試料の測定面に塗 布することにより、試料中に存在する気泡孔内に浸入充填させ、シァノアクリレートが ライフタイムによって固化した時点で研磨し、試料の測定面に紫外線を照射すること により固定ィ匕されたシァノアクリレートの部分のみを発光させ、その際の輝度分布を 一定の閾値によってニ値ィ匕することにより画像処理可能にするものである。第 2の方 法の例は、特公平 07— 006921〖こ開示されているよう〖こ、表面に気泡孔を有する試 料の面に対向して撮像装置を設け、試料の面に 3方向から 1方向ずつ光を照射して 照射方向毎の画像を取り込み、各画像の同一位置における明度 up、 rp、 lpを求め、 明度を表す X、 Υ、 Ζ軸よりなる三次元座標を設定し、三次元座標の（1、 0、 0)、 （0、 1、 0) , (0、 0、 1)を頂点とする三角形（1、 1、 1)平面を設定し、 3つの座標の値が全 て同一の点を通るベクトルを基準ベクトルとし、この基準ベクトルと三角形（1、 1、 1) 平面が交わる点を基準点とし、各画素の同一位置における明度を座標 (up、 rp、 lp) で表し、この座標と原点（0、 0、 0)を通るベクトルが三角形（1、 1、 1)平面と交わる点 を明度点とし、基準点を基点とし、明度点までのベクトルを明度ベクトルとし、この明 度ベクトルの大きさが所定値より大きい時、各画像の同一位置に気泡があると判定す る気泡組織測定方法である。この方法は、マクロ測定でセメントペースト部分と骨材 部分に分ける作業を自動的に行うとしているが、現実は各種の骨材が混じりこむこと 力も 2値ィ匕の閾値レベルが決めにくぐ作業者が顕微鏡を眺めながら判定していく作 業が必要となる。さらに、計測の処理に時間が力かりすぎるという問題点もある。 特許文献 1：特開平 02 - 77648
特許文献 2：特公平 07— 006921
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 従来の各技術は、測定対象物に特殊な処理を施さなければならな!/、こと、気泡断 面を抽出するための測定が長時間におよぶこと、また気泡孔の認識や測定方法およ び測定装置操作に熟練度が必要であること、および人為的な測定方法のため人的 誤差が生じやすいことで抽出された結果の信頼性が不足している等の実用上の問題 点のすべてではないがいくつかを持っている。解決しょうとする課題は、これらの問題 点をすベて解決した気泡孔の抽出技術、更にこの気泡孔の抽出技術による硬化コン クリートの気泡計測方法および気泡計測装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0004] 第 1の主な手段は、気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を 設定し (具体的には、切断して研磨する等で計測対象面を作り）、計測対象面に開口 する気泡を包む孔の開口端形状を計測することによって硬化コンクリートに含まれる 気泡の計測を行う方法であって、計測対象面に現れて 、る略球形の気泡を包む孔 の内面が陰にならないように照明するべく計測対象面の計測領域に対向して配置さ れた第 1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領域の第 1撮像 画像と、略球形の気泡を包む孔の内面が開口端の近傍を除いて陰になるように照明 するべく計測領域に対向して配置された第 2照明手段の照明によってディジタルカメ ラで撮像された計測領域の第 2撮像画像との間の濃度差分処理により作られた濃度 差分画像を使って、計測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の像の特徴量抽 出処理を行うことによって、硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う。この計測 方法により、人為的に硬化コンクリートに含有させた気泡 (形状は球状に近い）が計 測可能である。 第 1照明手段と第 2照明手段は拡散光照明手段であることが好ましい。
[0005] この場合、濃度差分画像を 2値ィ匕して気泡を包む孔の像を抽出して、特徴量抽出 処理を行うことが好まし 、方法である。
[0006] 第 2の主な手段は、気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を 設定し、計測対象面に開口する気泡を包む孔の開口端の形状を計測することによつ て硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う方法であって、計測対象面に現れて いる略球形の気泡を包む孔の内面が陰にならないように照明すべく計測対象面の計 測領域に対向して配置された第 1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像さ れた計測対象面の第 1撮像画像と、略球形の気泡を包む孔の内面が開口端の近傍 を除いて陰になるように照明するべく計測領域に対向して配置された第 2照明手段 の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領域の第 2撮像画像との間の濃度 差分処理によって作られた濃度差分画像である第 1気泡画像と、撮像画像にお!ヽて 、略球形の気泡孔の内面と計測領域内の平面部分の濃度レベルが共に高ぐ断面 形状が異形で入り口の狭 、部分の幅よりも大きな深さを持つ第 2の形態の気泡孔の 像の濃度レベルが低く、これらの高低 2レベルの濃度部分が容易に弁別可能となるよ うな照明手段力 の照明によって撮像された計測領域の第 3撮像画像に対して第 2 の形態の気泡孔の像を抽出する処理を行った第 2気泡画像とを使用して、計測領域 に現れている気泡を包む孔の開口部の像の特徴量抽出処理を行うことである。この 計測方法により、製造工程上の原因で自然にできた気泡 (ェントラップドエアー）の孔 で計測対象面からの深さが穴入り口の断面の狭い部分の幅より大である異形断面の 気泡孔と、薬で人為的に硬化コンクリートに含有させた気泡（ェントレインドエアー、 形状は球状に近 、；)の孔の両方の抽出が同時に可能となる。
[0007] 第 2の主な手段において、より具体的な手段として、第 1気泡画像と第 2気泡画像各 々に対して 2値ィ匕処理を施し、各々第 1二値ィ匕画像並びに第 2二値ィ匕画像とし、第 1 二値ィ匕画像と第 2二値ィ匕画像を合成することによって 1個の合成気泡画像とし、合成 気泡画像に対して計測領域に現れている計測対象気泡を包む孔の開口端の特徴 量抽出処理を行うようにできる。
ここで、合成の具体的方法として、第 1二値化画像と第 2二値化画像の白黒反転画 像との間に排他的論理和による論理計算を施すことにより行う方法がある。
[0008] 第 2の主な手段において、第 3撮像画像を撮像するときの照明手段を、計測領域に 対して複数の角度 (計測領域力 照明手段を見たときの仰角）から拡散光を照射する 照明手段とすることができる。
[0009] 第 2の主な手段において、第 3撮像画像を撮像するときの照明手段を、第 1照明手 段と第 2照明手段だけの拡散光照明手段組合せ、あるいは第 1照明手段と第 2照明 手段およびその他の照明手段力 なる拡散光照明手段組合せにより作ることができ る。
[0010] また、第 2の主な手段において、第 3撮像画像を撮像するときの照明手段が、特別 に第 3撮像画像の撮像用に設けた第 3照明手段か、または第 1照明手段であってもも かまわない。第 3照明手段は拡散光照明手段であることが好ましい。
[0011] 第 3の主な手段は、気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を 設定し、計測対象面に開口する気泡を包む孔の開口端の形状を計測することによつ て硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う装置であって、計測対象面の計測領 域を撮像するディジタルカメラ、ディジタルカメラで撮像された画像に対して画像処理 を行う画像処理装置、計測領域に現れて 、る略球形の気泡を包む孔の内面が陰に ならないように照明するべく計測領域に対向して配置された第 1照明手段、および、 略球形の気泡を包む孔の内面が開口端の近傍を除いて陰になるように照明するべく 計測領域に対向して配置された第 2照明手段を照明手段として具備し、画像処理装 置において、第 1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領域の 第 1撮像画像と、第 2照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領 域の第 2撮像画像との間の濃度差分処理により作られた濃度差分画像を使って、計 測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の像の特徴量抽出処理を行うことによつ て、硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う。この計測装置により、人為的に硬 ィ匕コンクリートに含有させた気泡 (形状は球状に近い）が計測可能である。第 1照明手 段と第 2照明手段は拡散光照明手段であることが好ましい。
[0012] 第 3の主な手段において、濃度差分画像を 2値化して気泡を包む孔の像を抽出し て、特徴量抽出処理を行うことができる。 [0013] 第 4の主な手段は、気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を 設定し、計測対象面に開口する気泡を包む孔の開口端の形状を計測することによつ て硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う装置であって、計測対象面の計測領 域を撮像するディジタルカメラ、ディジタルカメラで撮像された画像に対して画像処理 を行う画像処理装置、計測領域に現れて 、る略球形の気泡を包む孔の内面が陰に ならないように照明するべく計測領域に対向して配置された第 1照明手段、および、 略球形の気泡を包む孔の内面が開口端の近傍を除いて陰になるように照明するべく 計測領域に対向して配置された第 2照明手段を照明手段として少なくとも具備し、画 像処理装置において、第 1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計 測領域の第 1撮像画像と第 2照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された 計測領域の第 2撮像画像との間の濃度差分処理によって作られた濃度差分画像で ある第 1気泡画像と、撮像画像において、略球形の気泡孔の内面と計測領域内の平 面部分の濃度レベルが共に高ぐ断面形状が異形で入り口の狭い部分の幅よりも大 きな深さを持つ第 2の形態の気泡孔の像の濃度レベルが低ぐこれらの高低 2レベル の濃度部分が容易に弁別可能となるような照明手段力 の照明によって撮像された 計測領域の第 3撮像画像に対して第 2の形態の気泡孔の像を抽出する処理を行った 第 2気泡画像とを使用して、計測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の像の特 徴量抽出処理を行うことによって、硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う。こ の計測装置により、製造工程上の原因で自然にできた気泡の孔 (ェントラップドエア 一)で計測対象面力 の深さが大である異形断面の気泡孔と、薬で人為的に硬化コ ンクリートに含有させた気泡（ェントレインドエアー、形状は球状に近い）の孔の両方 の抽出が同時に可能となる。
[0014] 第 4の主な手段において、第 1気泡画像と第 2気泡画像各々に対して 2値化処理を 施し、各々第 1二値ィ匕画像並びに第 2二値ィ匕画像とし、第 1二値ィ匕画像と第 2二値ィ匕 画像を合成することによって 1個の合成気泡画像とし、合成気泡画像に対して計測領 域に現れている計測対象気泡を包む孔の開口端の像の特徴量抽出処理を行うこと で気泡計測を行うようにすることができる。
ここで、合成の具体的方法として、第 1二値化画像と第 2二値化画像の白黒反転画 像との間に排他的論理和による論理計算を施すことにより行う方法がある。
[0015] 第 4の主な手段に係り、第 3撮像画像を撮像するときの照明手段が、計測領域に対 して複数の角度 (計測領域力 照明手段を見たときの仰角）から拡散光を照射する照 明手段により構成することができる。
[0016] 更にまた、第 4の主な手段に係り、第 3撮像画像を撮像するときの照明手段が、第 1 照明手段と第 2照明手段だけの拡散光照明手段組合せ、あるいは第 1照明手段と第 2照明手段およびその他の照明手段からなる拡散光照明手段組合せにより構成する ことができる。
[0017] 更にまた、第 4の主な手段に係り、第 3撮像画像を撮像するときの照明手段が、特別 に第 3撮像画像の撮像用に設けた第 3照明手段か、または第 1照明手段のいずれか であっても力まわない。第 3照明手段は拡散光照明手段であることが好ましい。
発明の効果
[0018] 本発明により、硬化コンクリートの気泡計測方法および気泡計測装置に関して、従 来技術が持っていた実用上の問題点が解決された。即ち、測定対象物に特殊な処 理を施さなければならなかったこと、気泡断面を抽出するための測定が長時間におよ んだこと、また気泡孔の認識や測定方法および測定装置操作に熟練度が必要であ つたこと、および人為的な測定方法のため人的誤差が生じやす力つたことで抽出され た結果の信頼性が不足していた等の実用上の問題点が解決され、結果的に短時間 で、測定作業者の主観を排除して安定的に測定可能な信頼性の高い実用機として 硬化コンクリートの気泡計測装置を提供できることとなった。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]本発明の実施例 1における硬化コンクリートの気泡計測装置の撮像系の構成要 素の配置と、カメラ力 画像処理に至る部分の構成要素をブロック図で示したもので ある。
[図 2]本発明の硬化コンクリートの気泡計測装置の撮像系の構成要素の他の配置 (第 3照明手段 43追加）と、カメラ力 画像処理に至る部分の構成要素をブロック図で示 したものである。
[図 3]本発明の硬化コンクリートの気泡計測装置の撮像系の構成要素の更に他の配 置 (第 3照明手段 43の形状が異なる）と、カメラから画像処理に至る部分の構成要素 をブロック図で示したものである。
圆 4]第 1ステップで、第 1照明手段だけにより取り込まれた画像を示す写真である。 圆 5]第 2ステップで、第 2照明手段だけにより取り込まれた画像を示す写真である。 圆 6]第 3ステップで、第 1照明手段、第 2照明手段および第 3照明手段のすべてを点 灯させて取り込まれた画像を示す写真である。
圆 7]第 1照明手段だけによる撮像画像 (第 1ステップでの撮像画像)と第 2照明手段 だけによる撮像画像 (ステップ 2での撮像画像）に対して濃度差分処理を行った濃度 差分画像を示す写真である。
[図 8]第 5ステップで、濃度差分画像に対して、 2値化処理を行った 2値化画像を示す 写真である。
[図 9]第 7ステップで、第 3ステップで取り込んだ画像に対して 2値ィ匕処理を行った 2値 化画像を示す写真である。
[図 10]第 8ステップで、第 6ステップで得られる画像と第 7ステップで得られる画像に対 して、排他的論理和演算を行い、排他的論理和画像を作成し、この結果を白黒反技 術転させた画像を示す写真である。
圆 11]第 9ステップで、第 8ステップの混合画像力も各気泡孔部分（白色)の特徴量抽 出処理を行った画像の 1例を示す写真である。
[図 12]計測対象面に現れて ヽる気泡孔の例（略球状)を示した図である。
圆 13]計測対象面に現れている気泡孔の他の例 (計測対象面に対し直角方向に深 ぃ孔）を示した図である。
圆 14]計測対象面に現れている気泡孔の更に他の例 (計測対象面に沿って長い孔） を示した図である。
符号の説明
10 硬化コンクリート試料
11 計測対象面
12 略球状の気泡孔
12a 開口端 13 深い気泡孔
13a 開口端
14 深い気泡孔
14a- 1 開口端
14a— 2 開口端
20 ステージ
30 ディジタノレカメラ
32 ディジタルカメラの光軸
41 第 1照明手段
42 第 2照明手段
43 第 3照明手段
50 画像処理装置
発明を実施するための最良の形態
[0021] 本発明を実施するための最良の形態を実施例と共に以下に示す。
実施例 1
[0022] 図 1は、硬化コンクリートの気泡計測装置の撮像系の構成要素の配置と、カメラ力ら 画像処理に至る部分の構成要素をブロック図で示したものである。
上下の面が平行になるように切断され、少なくとも平行な 2面の内の計測対象面 11 が研磨等の手段で所定の粗さに調整された硬化コンクリート試料 10は、紙面に対し 前後（― Y、 +Υ方向）左右（-Χ、 +Χ方向）に動くステージ 20の上に載せられ、計 測対象面 11がディジタルカメラ 30の光軸 32に直角になるようにディジタルカメラ 30 に向力つて配置されている。また、全体形状がリング状で、断面が四角形で、四角形 の内側に面した辺（太線表示）の含まれるリングの面上には LED等の小さな光源が 密に並べて配置され発光面を形成し、発光面から計測対象面 11の方向に拡散光を 照射する方式の第 1照明手段 41および第 2照明手段 42が、ディジタルカメラ 30の光 軸 32上に各リングの中心をおき、硬化コンクリート試料 10の計測対象面 11に各リン グが略平行になるように配置されている。
ディジタルカメラ 30の焦点合わせは、焦点が計測対象面 11上になるようにディジタ ルカメラ 30自体でなされるか、ディジタルカメラ 30の位置あるいはステージ 20の高さ 位置を調整することによってなされる。
ディジタルカメラ 30による 1回の撮像領域 (以降、計測領域とも呼ぶ）は、計測対象 面 1 1上でディジタルカメラの光軸 32との交点を中心とする小領域であり、その領域 サイズはディジタルカメラ 30の CCDサイズとレンズ 31の倍率に依存する。因みに、本 実施例では、計測領域サイズは約 4. 7mm X 4. 4mmである。
図 12から図 14は計測対象面上に現れている気泡孔の例を示したものである。気泡 孔は、 12、 13および 14であり、各々計測対象面 1 1に気泡孔と計測対象面 1 1との交 線に相当する開口端 12a、 13aおよび 14a— 1並びに 14— bを持っている。破線部分 は、気泡孔の深さ方向の形状 (陰で見えない)を概略示すものである。 12c (二点鎖 線部）は略球状の気泡孔 12の内の試料 10の作成によって切り取られてなくなった部 分を概略示している。また、図 14においては、長い気泡孔 14は 2つの開口端 14a— lto l4a— 2を持っている。
第 1照明手段 41は、硬化コンクリート試料 10の計測対象面 1 1とディジタルカメラ 30 の光軸 32との交点と第 1照明手段 41の発光面の中心を結ぶ線と計測対象面 1 1との なす角度 exが計測対象面 1 1上の計測領域に存在する（現れて!/、る）略球状の気泡 の孔 12の底面 12bにも照射光が行き渡るような角度となるように、そのサイズと配置 位置が決められている。因みに、本実施例では、角度 αは 40度に設定されている。 一般的には、角度 αは、第 1照明手段 41の発光面のサイズ、発光面の角度、計測領 域からの距離によって調製されるべきであり、概ね 30度以上の範囲に設定されること になろう。
第 2照明手段 42は、硬化コンクリート試料 10の計測対象面 1 1と光軸 32との交点と 第 2照明手段 42の発光面の中心を結ぶ線と計測対象面 1 1とのなす角度 j8が計測 対象面 1 1上の計測領域に存在する略球状の気泡の孔 12の内部が陰になるような角 度となるように、そのサイズと配置位置が決められている。なお、 j8は小さければ小さ いほど、気泡孔 12の入り口（計測対象面 1 1への気泡孔 12の開口端 12aの孔側近傍 )の傾斜部分の濃度が上がることによって気泡孔 12は小さく観測されることが防止で き、気泡 12孔の画像は実物に近くなる。ただし、そのときには j8の減少に伴って第 2 照明手段 42の発光面もサイズ力 S小さくならなければならないことは当然である。因み に、本実施例では、角度 j8は 6度に設定されている。一般的には、角度 j8は、第 2照 明手段 42のリングのサイズ、発光面の角度、計測領域力 の距離によって調製され るべきであり、概ね 0度以上、 15度以下の範囲に設定されることになろう。
[0024] 上述の硬化コンクリートの気泡計測装置によって計測対象面 11上に存在する気泡 の孔（12、 13あるいは 14)の開口端（12a, 13aあるいは 14a)の形状（業界では一般 に気泡断面形状という）を撮像抽出し、硬化コンクリート試料 10に含有する気泡の諸 特性を計測することになるが、その基本的なステップについて述べる。計測作業者は 、最初に、ステージ 20を XY方向に移動させ、硬化コンクリート試料 10の計測対象面 11の計測したい領域 (計測領域)の中心を光軸 32の上に合わせる。次に、ディジタ ルカメラ 30の焦点合わせがなされる。その後に計測領域の撮像がディジタルカメラ 3 0によってなされ、その結果は画像処理装置 50に送られ、画像処理装置 50で計測 対象面 11の計測領域に含まれる部分に存在する気泡の孔の開口端の像が抽出さ れる。この気泡の孔の開口端の像の抽出は次の段落で述べる一連の方法によってな され、これが本発明の特徴となるものである。抽出された気泡の像は、特徴量抽出が なされ、一般的には ASTM規格で決められている方式に適合するように取り扱われ 処理がなされて、硬化コンクリートの計測領域における気泡の諸特性が測定される。 当然、計測の信頼性の観点から、硬化コンクリート試料 10の計測対象面上の複数個 所の計測領域における気泡の諸特性の計測を行 ヽ、硬化コンクリート試料 10の気泡 の諸特性の代表値を求める場合もある。このときは、 1箇所の計測領域の計測が終わ るごとにステージを移動させて新たな計測領域を設定することになる。尚、硬化コンク リート試料 10の計測対象面 11がステージ 20の試料搭載面との平行度は、ディジタ ルカメラ 30の被写界深度の範囲内であるので、計測に先立って毎回ディジタルカメ ラ 30の焦点合わせをする必要はない。また、計測に先立って計測対象面 11をステ ージ 20の試料搭載面と平行にできな ヽ場合は、自動焦点合わせ手段を装備するこ とによって各計測に先立つ焦点合わせを自動化することができる。
[0025] 次に、計測領域内の計測対象面 11上に存在する気泡の孔の開口端の像を抽出す る一連の方法にっ 、て述べる。 (1)第 1ステップ
第 1照明手段を点灯させ、撮像を行い、その画像を画像処理装置 50に取り込む。 このときの取り込まれた画像を図 4 (写真）に示す。注目部については、全てではない が、記号をつけて識別可能なようにしてある。記号は、白色骨材部分が W、黒色骨材 部分が B、浅い気泡孔部分 (略球状の気泡孔部分)が SB、深い気泡孔部分が DBで ある。浅い気泡孔部分 SBはほとんどが略球状の気泡の孔の開口端の画像であるの で円形に近い形状で見える。また、画像の注目部の濃度レベルを表 1に示す。
[表 1]
Figure imgf000013_0001
注. 数値は、 ；ϋ度を レイスケール 2 5 m) で表示したもの 図 4と表 1から明らかなように、セメントペースト、白色骨材および浅い気泡穴部分 S B (これはェントレインドエアー (薬により作り出した気泡)の気泡孔等の比較的断面寸 法の小さく孔の奥行きの浅い部分である）の濃淡レベル（白く見える度合い）は高ぐ 黒 ヽ骨材部分と深 、気泡孔部分 DB (これはェントラップドエアー (自然に取り込まれ た気泡)等の断面寸法が大きぐ孔の奥行きが深い部分である）の濃淡レベルは低く（ 黒く）なる。気泡孔内の底面にも照明光が行き渡るので、気泡孔部分はセメントぺー ストとほぼ同等の濃淡レベルになる。
(2)第 2ステップ
第 2照明手段を点灯させ、撮像を行い、その画像を画像処理装置 50に取り込む。 このときの取り込まれた画像を図 5 (写真）に示す。また、画像の注目部の濃度レベル を表 1に示す。
図 5と表 1から明らかなように、ペーストと白色骨材部分の濃度レベルは高ぐ気泡 孔と黒 、骨材部分の濃度レベルは低くなる。計測対象面 11に対して低 、角度から照 明光が照射されることにより、気泡孔内の底面には照明光が届かず気泡孔のくぼみ の部分に影ができるため、気泡孔部分の濃度レベルは低くなる。 (3)第 3ステップ
第 1照明手段および第 2照明手段の両方を点灯させ、撮像を行い、その画像を画 像処理装置 50に取り込む。このときの取り込まれた画像を図 6 (写真）に示す。また、 画像の注目部の濃度レベルを表 2に示す。
[表 2]
Figure imgf000014_0001
；±. 数値は、 ^度をゥ'レイスケール ( 2 5 6Pg|@) で表示したもの 図 6と表 2から明らかなように、両方の照明手段を点灯させることにより、試料の平面 部分は光の拡散、いわゆるハレーション現象を起こし、濃度レベルは高くなる。また、 浅い気泡孔部分 SBについても同様の現象となる。その結果、浅い気泡孔部分 SBに つ!、ては周囲の白い骨材部分、セメントペースト部分に対し認識できな 、程度に濃 度が高く同化して見える。しかし、深い気泡孔部分 DBについては、光が回らないた め濃度レベルは低くなる。以上述べてきた奥行きが深い気泡孔（13または 14)は、ェ ントラップドエアーと呼ばれ、コンクリートに潜在的に含まれている (AE剤によらない） 形の不規則で比較的大きな気泡である。その断面形状は略球状であるェントレインド エアーの断面形状とは異なることが多ぐその孔と計測領域の平面部分との交線近 辺の孔断面（開口端 13aまたは 14a)の狭い部分の幅よりも大きな深さを持つことが多 い。この種の孔は、計測領域の平面部分に対して孔の長手方向が大きな角度を持つ 深さ方向の穴の場合 (図 13の場合)と、小さな角度を持ち平面部分に沿って孔が存 在し孔の側面が平面部分に破れを生じている場合（図 14の場合）とがある。奥行きの 浅い気泡孔のほとんどは薬 (AE剤等)により人為的に混入された気泡であり、略球状 の気泡の孔 12の一部である。
(4)第 4ステップ
画像処理装置 50において、第 1照明手段だけによる撮像画像 (第 1ステップでの撮 像画像)と第 2照明手段だけによる撮像画像 (ステップ 2での撮像画像)に対して濃度 差分処理を行い、濃度差分画像を作成する。濃度差分画像を図 7 (写真）に示す。ま た、濃度差分処理の結果 (注目部だけ)を表 1に示す。
濃度差分処理の結果、浅い気泡孔部分 SBの濃度レベルが高くなり、その他の部 分の濃度レベルは低くなる。即ち、図 7で明らかなように、丸い形状の浅い気泡孔部 分 SBだけが高 、濃度で認識できる状態になって 、る。
濃度差分処理にぉ 、ては、減算結果力^未満の場合には 0が指定される。
(5)第 5ステップ
濃度差分画像に対して、 2値化処理を行い、 2値化画像を作成する。この結果を図 8 (写真）に示す。
浅い気泡孔部分が「白」、それ以外は「黒」になる。「8の字」状に見える白い部分は 、隣り合う略球状の気泡孔が部分的につながつている状態を示している。
ここで注意しておくべき点は、第 4ステップで浅 、気泡孔部分 SB以外が濃度差分 処理によって低濃度となり浅い気泡孔部分 SBの濃度との間に 2値ィ匕による弁別のた めの閾値を設定できるようにするためには、第 1照明手段および第 2照明手段の各々 単独の照明による計測領域の孔の存在しない平面部分における各照度が比較的近 V、数値 (各照度で撮像した画像の濃度の差が浅 、気泡孔部分 SBの濃度に比べて 十分に低い状態)となるように第 1照明手段と第 2照明手段の輝度、角度あるいは形 状等が調整されて 、なければならな!/、と 、うことである。
因みに、第 1照明手段による照明と第 2照明手段による照明各々による撮像画像の 濃度につき、特定の黒い部分と白い部分の比較を行ったデータを表 3に示す。
[表 3] 撮像画像の特定の場所の濃度比 i
Figure imgf000015_0001
注. 数 ffiは、 濃度をグレイスケール （2 5 6階調） で S示した場合のもの
(6)第 6ステップ
第 3ステップで取り込んだ画像に対して 2値化処理を行 ヽ、 2値化画像を作成する。 その際、深い気泡孔部分 DBが黒色になるので反転処理を行う。 2値ィ匕閾値は、深い 気泡孔部分 DBとそれ以外の部分に大きな濃度レベル差がある（表 2参照）ので容易 に決定できる。この結果を図 9 (写真）に示す。深い気泡孔部分 DBは「白」、その他は 「黒」になる。
(7)第 7ステップ
第 5ステップで得られる画像と第 6ステップで得られる画像に対して、排他的論理和 演算を行い、排他的論理和画像を作成する。この結果を白黒反転させた画像を図 1 0 (写真）に示す。
排他的論理輪演算を行うことによって、浅い気泡孔部分 SBの画像と深い気泡孔部 分 DBの画像の混合画像 (合成画像)を作成したことになる。
(8)第 8ステップ
第 7ステップの混合画像から各気泡孔部分（白色)の特徴量抽出処理を行う。その 1 例を示す画像が図 11 (写真）に示すものである。
特徴量抽出処理を実行することにより、各気泡孔に対応する気泡に対して以下の データが算出される。
気泡数
各気泡の重心座標
各気泡の面積 (画素の数）
各気泡の外周の周囲長
各気泡の等価楕円主軸長
各気泡の等価楕円副軸長
各気泡の等価楕円傾斜角
各気泡の X最小値
各気泡の X最大値
各気泡の Y最小値
各気泡の Y最大値
各気泡の外接長方形横長
各気泡の外接長方形縦長
画像処理装置は、これらのデータを使用して、硬化コンクリート内に存在する空気 量、気泡間隔係数、気泡の比表面積、気泡分布等の解析データを、必要に応じて上 記データを併記して、硬化コンクリートの気泡計測結果として出力する。
[0027] 上記で、硬化コンクリートを製造する際に各種原因で自然にできる気泡孔である深 い気泡孔の検出が必要ない場合は、第 3ステップ、第 6ステップおよび第 7ステップは 不要で、第 8ステップでは第 4ステップで得られる濃度差分画像に対して 2値ィ匕処理 を行ってできた 2値化処理画像に対して特徴量抽出処理を実行する。
実施例 2
[0028] 本実施例は、実施例 1に対して照明手段として拡散光照明手段である第 3照明手 段 43を持ち込み、第 3ステップでの照明手段として役立たせようとするものである。 第 3照明手段 41の使い方のひとつは、図 2に示すように、第 1照明手段 41と第 2照 明手段 42の両方の照明による計測領域の照度が不足する場合にその不足分を補う 方法である。
第 3照明手段 43の他の使い方は、図 3に示すように、第 3ステップでの第 1照明手 段 41と第 2照明手段 42の両方の照明に代わって第 3照明手段 43だけで第 3ステツ プでの計測 (撮像)用の照明を行う方法である。この方法の利点は、硬化コンクリート の種類によっては、第 1照明手段と第 2照明手段の組み合わせだけでは第 3ステップ での撮像の結果をもくろみ通り得られない場合が想定され、そのときは第 3照明手段 43の形状、輝度、照明光の種類等につき特別設計を行わなければならないときに有 用であること、照明手段の寿命を延ばせること等にある。
[0029] 第 3ステップでの撮像用の照明手段として、第 1照明手段 41だけの輝度を十分に 上げ計測領域に対し十分に均一な照度の照明を行うことも可能である。このときの硬 化コンクリートの気泡計測装置の撮像系の構成要素の配置と、カメラから画像処理に 至る部分の構成要素をブロック図は、図 1に示すものと同じである。ただし、第 1照明 手段 41は、第 1図の場合に比べて形状と照明能力 (輝度選択幅)が異なるものとなる
[0030] 以上、実施例に沿って本発明の内容を説明してきた力 必ずしも実施例の内容に 限定されるものでなぐ以下に述べる内容も本発明に含まれるものである。
[0031] 照明手段について、実施例 2および 3ではリング状の全体形状で、断面が四角 形で、リングの計測領域方向の面 (太線に対応する面）が発光面であるようになって いるが、この形状にこだわる必要はない。計測対象面 11上の計測領域内が許容可 能なレベルの均一な照度で照明されることと本発明の原理を満足させる照明光の角 度 (計測領域から照明手段を見たときの仰角）と発光面のサイズおよび角度、並びに 輝度が達成されればどのような形状でも力まわない。例えば、離散的な小照明手段 の集合でそれぞれの照明手段を構成してもよ 、。
[0032] また、第 1照明手段 41、第 2照明手段 42並びに第 3照明手段 43は、拡散光照明手 段としてきたが、ディジタルカメラ 30に正反射光が入りぎらつきで撮像が正常に行わ れなくならない限り拡散光照明手段である必要はない。特に、計測領域に対して低 い角度力 照明光が照射される第 2照明手段においては拡散光の必然性は薄い。 正反射光がディジタルカメラに入らなくする方法としては、ディジタルカメラの前に偏 光フィルタを配置する方法がある。
[0033] ステージの移動について、実施例では直交する XY座標の方向に動かすようになつ ていると説明したが、必ずしもその必要はなぐ計測対象面 11上の所望の位置を計 測領域とできるステージの移動方法であればいかなる方法でもよい。例えば、斜交座 標による移動方法、回転と半径方向移動による方法等が採用可能である。
[0034] 以上説明してきた本発明の硬化コンクリートの気泡測定方法と気泡測定装置は、コ ンピュータの画像処理により気泡孔の認識抽出を行うものであり、測定作業者の主観 が測定操作へ及ぶことが排除でき、測定の安定性と信頼性が確保できるものである。

Claims

請求の範囲
[1] 気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を設定し、該計測対象 面に開口する気泡を包む孔の開口端の形状を計測することによって前記硬化コンク リートに含まれる気泡の計測を行う方法であって、前記計測対象面に現れて!/、る略 球形の気泡を包む孔の内面が陰にならないように照明すべく前記計測対象面の計 測領域に対向して配置された第 1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像さ れた前記計測領域の第 1撮像画像と、略球形の気泡を包む孔の内面が前記開口端 の近傍を除いて陰になるように照明するべく前記計測領域に対向して配置された第
2照明手段の照明によって前記ディジタルカメラで撮像された前記計測領域の第 2撮 像画像との間の濃度差分処理によって作られた濃度差分画像である第 1気泡画像と 撮像画像において、略球形の気泡孔の内面と前記計測領域内の平面部分の濃度 レベルが共に高ぐ断面形状が異形で入り口の狭い部分の幅よりも大きな深さを持つ 第 2の形態の気泡孔の像の濃度レベルが低く、これらの高低 2レベルの濃度部分が 容易に弁別可能となるような照明手段力 の照明によって撮像された前記計測領域 の第 3撮像画像に対して前記第 2の形態の気泡孔の像を抽出する処理を行った第 2 気泡画像とを使用して、前記計測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の像の 特徴量抽出処理を行うことによって、前記硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を 行うことを特徴とする硬化コンクリートの気泡計測方法。
[2] 前記第 1気泡画像と前記第 2気泡画像各々に対して 2値化処理を施し、各々第 1二 値ィ匕画像並びに第 2二値ィ匕画像とし、該第 1二値ィ匕画像と該第 2二値ィ匕画像を合成 することによって 1個の合成気泡画像とし、該合成気泡画像に対して前記計測領域 に現れている気泡を包む孔の開口端の特徴量抽出処理を行うことを特徴とする請求 項 1に記載の硬化コンクリートの気泡計測方法。
[3] 前記第 1二値ィ匕画像と前記第 2二値ィ匕画像の白黒反転画像との間で排他的論理 和による論理計算を行うことによって、前記第 1二値化画像と前記第 2二値化画像を 合成することを特徴とする請求項 2に記載の硬化コンクリートの気泡計測方法。
[4] 前記第 3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記計測領域に対して複数の角 度力 拡散光を照射する照明手段であることを特徴とする請求項 1から 3のいずれか に記載の硬化コンクリートの気泡計測方法。
[5] 前記第 3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記第 1照明手段と前記第 2照明 手段を含む複数の拡散光照明手段であることを特徴とする請求項 1から 3のいずれ かに記載の硬化コンクリートの気泡計測方法。
[6] 前記第 3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記第 3撮像画像の撮像用に設 けた第 3照明手段か、または前記第 1照明手段のいずれかであることを特徴とする請 求項 1から 3のいずれかに記載の硬化コンクリートの気泡計測方法。
[7] 気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を設定し、該計測対象 面に開口する気泡を包む孔の開口端の形状を計測することによって前記硬化コンク リートに含まれる気泡の計測を行う装置であって、
前記計測対象面の計測領域を撮像するディジタルカメラ、
該ディジタルカメラで撮像された画像に対して画像処理を行う画像処理装置、前記 計測領域に現れている略球形の気泡を包む孔の内面が陰にならないように照明する ベく前記計測領域に対向して配置された第 1照明手段、および、略球形の気泡を包 む孔の内面が前記開口端の近傍を除いて陰になるように照明するべく前記計測領 域に対向して配置された第 2照明手段を照明手段として少なくとも具備し、前記画像 処理装置において、前記第 1照明手段の照明によって前記ディジタルカメラで撮像さ れた前記計測領域の第 1撮像画像と前記第 2照明手段の照明によって前記ディジタ ルカメラで撮像された前記計測領域の第 2撮像画像との間の濃度差分処理によって 作られた濃度差分画像である第 1気泡画像と、撮像画像において、略球形の気泡孔 の内面と前記計測領域内の平面部分の濃度レベルが共に高ぐ断面形状が異形で 入り口の狭 、部分の幅よりも大きな深さを持つ第 2の形態の気泡孔の像の濃度レべ ルが低ぐこれらの高低 2レベルの濃度部分が容易に弁別可能となるような照明手段 力 の照明によって撮像された前記計測領域の第 3撮像画像に対して前記第 2の形 態の気泡孔の像を抽出する処理を行った第 2気泡画像とを使用して、前記計測領域 に現れている気泡を包む孔の開口端の像の特徴量抽出処理を行うことによって、前 記硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行うことを特徴とする硬化コンクリートの気 泡計測装置。
[8] 前記第 1気泡画像と前記第 2気泡画像各々に対して 2値化処理を施し、各々第 1二 値ィ匕画像並びに第 2二値ィ匕画像とし、該第 1二値ィ匕画像と該第 2二値ィ匕画像を合成 することによって 1個の合成気泡画像とし、該合成気泡画像に対して前記計測領域 に現れている気泡を包む孔の開口端の特徴量抽出処理を行うことを特徴とする請求 項 7に記載の硬化コンクリートの気泡計測装置。
[9] 前記第 1二値ィ匕画像と前記第 2二値ィ匕画像の白黒反転画像との間で排他的論理 和による論理計算を行うことによって、前記第 1二値化画像と前記第 2二値化画像を 合成することを特徴とする請求項 8に記載の硬化コンクリートの気泡計測装置。
[10] 前記第 3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記計測領域に対して複数の角 度力も拡散光を照射する照明手段であることを特徴とする請求項 7から 9のいずれか に記載の硬化コンクリートの気泡計測装置。
[11] 前記第 3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記第 1照明手段と前記第 2照明 手段両方を含む複数の照明手段であることを特徴とする請求項 7から 9のいずれかに 記載の硬化コンクリートの気泡計測装置。
[12] 前記第 3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記第 3撮像画像の撮像用に設 けた第 3照明手段か、または前記第 1照明手段のいずれかであることを特徴とする請 求項 7から 9のいずれかに記載の硬化コンクリートの気泡計測装置。
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