WO2017175261A1

WO2017175261A1 - 濁度検出装置、濁度検出方法及び液中検査装置

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Publication number: WO2017175261A1
Application number: PCT/JP2016/004654
Authority: WO
Inventors: 武史島本; 信昭中村
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2018-10-04

Abstract

濁度検出装置は、暗領域と明領域とを有する測定部材と、測定部材の暗領域と明領域とを液体を通して撮影して画像データを生成するカメラと、その画像データでの暗領域の画像情報と明領域の画像情報とに基づき濁度を検出する濁度検出部とを備える。測定部材の明領域は暗領域より明度が高い。この濁度検出装置は、簡易な構成で液体の濁度を検出することができる。

Description

濁度検出装置、濁度検出方法及び液中検査装置

　本開示は、液体の濁度を検出する濁度検出装置、濁度検出方法及び液体中の構造物を検査する液中検査装置に関する。

　特許文献１は、水中カメラで水中構造物を点検する際に高濁度の条件下でも水中構造物の検査対象面を鮮明に撮影することができる水中検査装置を開示する。この水中検査装置は、水中構造物の検査対象面を撮影する水中カメラと、伸縮可能な密閉容器と、清水貯留部から密閉容器の内部に清水を供給する清水供給手段と、装置本体を水中において３次元方向に移動させるための推進機構と、を備える。密閉容器は水中カメラの前部に配置されかつ検査対象面側に第１透光部を有し、カメラ前部側に第２透光部を有する。推進機構により移動時に密閉容器を縮めるとともに、撮影時に伸ばす。水中カメラは、密閉容器の伸縮により第１透光部が検査対象面に接触ないし接近した状態となって清水貯留部からの清水で満たされた密閉容器を通して検査対象面を撮影する。この水中検査装置によれば、水中カメラの前部に配置された密閉容器の伸縮により第１透光部が水中構造物の検査対象面に接触ないし接近した状態で、水中カメラが清水貯留部からの清水で満たされた密閉容器を通して検査対象面を撮影するので、高濁度の条件下でも検査対象面を鮮明に撮影することができる。

　特許文献１に記載されるように、水中での構造物（ダムや橋梁等）の画像を撮影する際に水の濁度は撮影画像の画質に影響を与える要因の１つである。特許文献２は水の濁り具合を検出する方法を開示している、特許文献２では、水中で撮影された画像の輝度分布（ヒストグラム）を計測し、輝度分布に基づき水の濁り具合を判断している。

特開２０１５－２１４３３５号公報特開昭６２－２４１５１３号公報

　濁度検出装置は、暗領域と明領域とを有する測定部材と、測定部材の暗領域と明領域とを液体を通して撮影して画像データを生成するカメラと、その画像データでの暗領域の画像情報と明領域の画像情報とに基づき濁度を検出する濁度検出部とを備える。測定部材の明領域は暗領域より明度が高い。

　この濁度検出装置は、簡易な構成で液体の濁度を検出することができる。

図１は実施の形態１における水中検査装置のブロック図である。図２は実施の形態１における濁度検出装置のブロック図である。図３は実施の形態１における水中検査装置の水中ロボットの外観図である。図４Ａは実施の形態１における水中検査装置の測定部材を示す図である。図４Ｂは実施の形態１における水中検査装置の測定部材の取り付け状態を説明するための図である。図５Ａは実施の形態１における水中検査装置の操縦用カメラにより撮影される測定部材の状態を説明した図である。図５Ｂは実施の形態１における測定部材の画像を示す図である。図５Ｃは実施の形態１における測定部材の画像を示す図である。図６Ａは実施の形態１における測定部材の画像を示す図である。図６Ｂは実施の形態１における測定部材の画像を示す図である。図６Ｃは実施の形態１における測定部材の画像を示す図である。図７は実施の形態１における水の濁度と、測定部材の画像から得た輝度差との関係を示した図である。図８は実施の形態１における水中検査装置が検出した濁度と、検査対象物までの距離との関係を示した図である。図９は実施の形態１における水中検査装置の、水の濁度に基づき検査対象物までの距離を制御する処理を示すフローチャートである。図１０Ａは実施の形態１における水中検査装置の検査用カメラが撮影した画像を示す図である。図１０Ｂは実施の形態１における水中検査装置の検査用カメラが撮影した画像を示す図である。図１１Ａは実施の形態１における水中検査装置の検出された濁度と検査対象物までの距離との間の関係を示した図である。図１１Ｂは実施の形態１における水中検査装置の濁度－被写体距離関係情報を説明した図である。図１２Ａは、実施の形態２における水中検査装置の測定部材の画像から得た輝度差と検査対象物までの距離との関係を示した図である。図１２Ｂは、実施の形態２における水中検査装置のメモリに格納される対応情報を説明した図である。図１３は実施の形態２における水中検査装置の、測定部材の画像から得た輝度差に基づき、検査対象物までの距離を制御する処理を示すフローチャートである。図１４Ａは、実施の形態２における水中検査装置の測定部材の画像から得た輝度差と、検査対象物までの距離との関係を示す図である。図１４Ｂは、実施の形態２における水中検査装置の測定部材の画像から得た輝度差と、検査対象物までの距離との関係を示した図である。図１５Ａは実施の形態３における水中検査装置の測定部材を説明した図である。図１５Ｂは実施の形態３における水中検査装置の測定部材を説明した図である。図１６Ａは実施の形態３における水中検査装置の水の濁度と、測定部材の画像から得た解像度との関係を示した図である。図１６Ｂは実施の形態３における水中検査装置のメモリに格納される対応情報を説明した図である。図１７は実施の形態３における水中検査装置の、測定部材の画像の解像度に基づき検査対象物までの距離を制御する処理を示すフローチャートである。図１８は実施の形態４における水中検査装置の断面図である。

　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

　なお、本明細書は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

　（実施の形態１）
　［１－１．構成］
　図１は、実施の形態１における濁度検出装置を搭載した水中検査装置１０（液中検査装置の一例）のブロック図である。水中検査装置１０は、ダムや橋梁等の構造物の水没した部分、例えば、ダムの壁面、橋桁を検査するため、水の中にある構造物の表面の画像を撮影する。水中検査装置１０は、液体である水の中を移動しながら水の中にある構造物の画像を撮影する水中ロボット（Ｒｅｍｏｔｅｌｙ　Ｏｐｅｒａｔｅｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＲＯＶ）１００（液中ロボットの一例）と、水中ロボット１００の動作を地上でコントロールする地上ユニット２００とを備える。水中ロボット１００と地上ユニット２００とは、例えば、電気信号を通すための通信ケーブル３００で接続されている。操作者は、水中ロボット１００から送られてくる操縦用の画像を見ながら、コントローラ２２０を操作して、水中ロボット１００を操縦する。以下、水中ロボット１００と地上ユニット２００のそれぞれの具体的な構成を説明する。

　［１－１－１．地上ユニット］
　地上ユニット２００は、水中検査装置１０に指示を出すコンピュータ２５０と、ユーザが操作を行うコントローラ２２０と、コンピュータ２５０と水中ロボット１００との通信を行うための通信ユニット２３０とを含む。

　水中ロボット１００と地上ユニット２００とは通信ケーブル３００で接続されている。通信ケーブル３００は例えば電気信号を通すための電線である。通信ユニット２３０は、コンピュータ２５０からのデータを電気信号を通すための電線での通信に適した所定の通信プロトコル（例えばＰＬＣ）に変換するユニットであり、水中ロボット１００とコンピュータ２５０間の通信を実現する。

　コンピュータ２５０は、表示部２１１と、通信インタフェース部２１２と、ＣＰＵ２１０と、メモリ２１８とを含む。

　表示部２１１は液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイで構成される。表示部２１１は、水中ロボット１００から送信されてくる動画である操縦用画像を表示する。通信インタフェース部２１２は、ＬＡＮ規格等の所定の規格に従って通信を行う。

　ＣＰＵ２１０はプログラムを実行することで種々の機能を実現する。例えば、ＣＰＵ２１０は、プログラムを実行することで、濁度検出部２１４及び距離決定部２１６の機能を実現する。ＣＰＵ２１０は、通信インタフェース部２１２を介して水の中で撮影された動画である操縦用画像を水中ロボット１００から取得する。

　メモリ２１８はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリであって、図１に示すように、濁度及び検査対象物までの距離を決定するために必要な情報２１８ａ、２１８ｂを記憶している。

　操縦者は、コントローラ２２０により、水中ロボット１００を操縦するための指示を水中ロボット１００に伝える。コントローラ２２０は、操作ホイル、操作スティック、スイッチ等を含む。操縦者は、表示部２１１に表示された操縦用画像を見ながらコントローラ２２０を操作することにより水中ロボット１００を操縦する。

　図２は実施の形態１における濁度検出装置１０Ａのブロック図である。濁度検出装置１０Ａは、図１に示す水中検査装置１０のうちの（操縦用）カメラ１１６と、測定部材１７０と、バッテリ１６０と、照明装置１２０と、濁度検出部２１４と、メモリ２１８とを備える。実施の形態１では、測定部材１７０は板形状を有する。

　［１－１－２．水中ロボット］
　図３は、水中検査装置１０の水中ロボット１００の外観図である。水中ロボット１００は地上ユニット２００からの命令にしたがい移動や画像の撮影を行う。水中ロボット１００は、地上ユニット２００に対して通信ケーブル３００を介して操縦用の画像を送信する。図１および図３を用いて水中ロボット１００の構成を説明する。水中ロボット１００は、本体ユニット１１０と、照明装置１２０と、スラスタ１３０と、ソナー１４０と、検査用カメラ１５０と、バッテリ１６０と、測定部材１７０とを備える。水中ロボット１００は、上記の構成部材は取り付けられるフレーム１０５をさらに有する。

　本体ユニット１１０は、地上ユニット２００と通信を行うための通信ユニット１１２と、水中ロボット１００の動作を制御する制御ユニット１１４と、操縦者のための画像を撮影する操縦用カメラ１１６とを含む。本体ユニット１１０は防水性を有した防水容器１１８内に収容されている。制御ユニット１１４はＣＰＵを含み、所定のプログラムを実行することで所定の機能を実行する。操縦用カメラ１１６は、地上の操縦者が、水中ロボット１００の位置や水の中の状態を確認するための動画または静止画等の画像を撮影する。操縦用カメラ１１６で撮影された画像は通信ユニット１１２を介して地上ユニット２００に送信される。通信ユニット１１２はＴＣＰ／ＩＰ等の所定の通信規格にしたがい地上ユニット２００と通信する。

　照明装置１２０は、画像を撮影するため検査対象物に光を照射し、ＬＥＤ素子等の光源と光学系を含む。スラスタ１３０は水中ロボット１００の推進力を与える推進器であり、例えばスクリューとモータを含む。水中ロボット１００を三次元的に移動させることを可能にするため、複数のスラスタ１３０が３軸の方向に取り付けられている。ソナー１４０は音波を用いて水中ロボット１００から水の中にあるダムの壁面等の物体までの距離を測定する。バッテリ１６０は充電可能な電池であり、水中ロボット１００を駆動するための電源を供給する。

　検査用カメラ１５０は水の中にある検査対象物の画像を撮影し、撮影により生成された動画データまたは静止画データの画像データを内部の記録媒体（例えば、メモリカード）に記録する。検査用カメラ１５０は、検査用の画像を撮影するために操縦用カメラ１１６よりも高精細の画像（例えば、４Ｋ画像）を撮影できる。

　なお、水中ロボット１００は図３に示すように上下方向と左右方向と前後方向を有している。操縦用カメラ１１６及び検査用カメラ１５０により画像が撮影される検査対象物の方向を前方向とし、検査用カメラ１５０から操縦用カメラ１１６に向く方向を上方向とする。水中ロボット１００は検査対象物に対して正対した状態すなわちカメラ１１６、１５０の光軸が検査対象物の撮影する表面と略直交する状態で上下方向と左右方向に平行移動しながら、検査対象物の表面の画像を撮影する。

　水中ロボット１００は測定部材１７０をさらに備えている。図４Ａは測定部材１７０を示す。測定部材１７０は暗領域１７０ｂと、暗領域より明度の高い明領域１７０ｗとを有する。暗領域１７０ｂと明領域１７０ｗとは測定部材１７０の面１７０ｋに設けられている。実施の形態１では、暗領域１７０ｂと明領域１７０ｗとの色相は同じであり、暗領域１７０ｂは黒く、明領域１７０ｗは白い。

　図４Ｂは、測定部材１７０の取り付け状態を説明した図である。測定部材１７０は支持部材１８０により支持されて防水容器１１８の上部に固定されている。特に、測定部材１７０は、照明装置１２０と操縦用カメラ１１６との間で暗領域１７０ｂと明領域１７０ｗとが設けられた面１７０ｋが鉛直方向の下方を向きかつカメラ１１６を向くように配置される。すなわち、測定部材１７０の暗領域１７０ｂと明領域１７０ｗとが設けられた面１７０ｋは、水中ロボット１００が、その上下方向と鉛直方向とが一致する姿勢をとっている場合に、鉛直方向と、鉛直方向に垂直な水平方向との間の方向に広がっている。このように測定部材１７０を配置することで、上部から入射する太陽光ＬＬ１は照明装置１２０及び測定部材１７０により遮られ、操縦用カメラ１１６に到達しない。このため、水深が浅いときに、測定部材１７０に対して太陽光ＬＬ１が入射することを排除できる。また、照明装置１２０からの照明光ＬＬ２は測定部材１７０により遮られ、操縦用カメラ１１６に到達しないため、水深が深い時の、測定部材１７０に対する照明光ＬＬ２の影響を排除できる。測定部材１７０に照射される光は、周辺からの散乱光、または、照明装置１２０から検査対象物１０Ｐ、防水容器１１８および測定部材１７０を含む経路を通過した反射光となる。このため、測定部材１７０の明領域１７０ｗが飽和せず安定に明領域１７０ｗと暗領域１７０ｂとのコントラストが検出できる。

　また、図４Ｂは操縦用カメラ１１６の画角Ｘすなわち撮影範囲Ｒ１を示している。図５Ａは、操縦用カメラ１１６から見たときの操縦用カメラ１１６の画角Ｘ（撮影範囲Ｒ１）を示す。図５Ａに示すように、操縦用カメラ１１６により撮影される画像は測定部材１７０の下側の部分１７０ｐのみを含むように、測定部材１７０と操縦用カメラ１１６の位置関係が規定される（図４Ｂ参照）。図５Ｂは、操縦用カメラ１１６により撮影される画像を示す。操縦用カメラ１１６により撮影される画像Ｐ１の上部中央において、測定部材１７０の一部である下側の部分１７０ｐ）が画像Ｐ１に含まれている。なお、操縦においては測定部材１７０の画像は必要ないので、操縦者に対して提示（表示）される画像は、操縦用カメラ１１６により撮影された画像（図５Ｂ参照）から測定部材１７０が除去された画像であってもよい。

　図５Ｃは、図５Ｂに示す領域Ｒ２を拡大して示す。特に、コンピュータ２５０は、操縦用カメラ１１６により撮影された画像中に映り込んだ測定部材１７０の暗領域１７０ｂの一部の領域Ｒ１１および明領域１７０ｗの一部の領域Ｒ１２の輝度を抽出して濁度を求める。このように、撮影された画像中に映り込んだ測定部材１７０の暗領域１７０ｂ及び明領域１７０ｗの一部の領域Ｒ１１、Ｒ１２の情報を用いて濁度を検出することで、測定部材１７０や操縦用カメラ１１６の取り付け位置においてバラツキがあった場合でも、精度よく暗領域１７０ｂ及び明領域１７０ｗの情報を抽出することが可能となる。具体的には、コンピュータ２５０の濁度検出部２１４は、暗領域１７０ｂ及び明領域１７０ｗそれぞれの一部の領域Ｒ１１、Ｒ１２内の輝度の平均値を暗領域１７０ｂの輝度及び明領域１７０ｗの輝度の値とする。濁度検出部２１４は、暗領域１７０ｂの輝度と明領域１７０ｗの輝度の差を求め、輝度の差に基づき濁度を算出する（詳細は後述）。

　なお、測定部材１７０は板形状に限らず、暗領域１７０ｂと明領域１７０ｗとを有する限り、柱形状等の他の形状を有していてもよい。

　［１－２．動作］
　以上のように構成された水中検査装置１０について、その動作を以下説明する。

　水中検査装置１０は、水の中にある検査対象物１０Ｐ（図４Ｂ）の表面の画像を撮影する。その際、検査対象物１０Ｐから所定距離だけ離れた位置から画像を撮影する。この所定距離が遠いほど、より広い範囲を撮影でき、効率よく検査対象物１０Ｐを検査できる。しかしながら、水の濁度が高いと、距離が遠い場合、明瞭な撮影画像が得られなくなる。このため、明瞭な画像が得られるように水の濁度に応じて距離を設定する。したがって、実施の形態１における水中検査装置１０は、水の濁度を検出し、検出した濁度に応じて検査対象物１０Ｐまでの距離を決定する。最初に、水中検査装置１０における水の濁度を検出する動作について説明する。

　［１－２－１．濁度検出動作］
　図６Ａから図６Ｃは、液体である水の濁度と、測定部材１７０を撮像した画像における輝度差（コントラスト）との関係を示す。なお、図６Ａから図６Ｃでは、説明の便宜上、撮像画像全体における一部の領域Ｒ２の画像のみを示している。図６Ａは濁度が比較的低い場合の、測定部材の部分１７０ｐの撮影画像を示す。図６Ｃは濁度が比較的高い場合の測定部材１７０の部分１７０ｐの撮影画像を示す。図６Ｂは、濁度が図６Ａに示す場合と図６Ｃに示す場合の中間である場合の測定部材１７０の部分１７０ｐの撮影画像を示す。図６Ａから図６Ｃに示すように、水の濁度が低いほど、測定部材１７０の部分１７０ｐの暗領域１７０ｂの輝度と明領域１７０ｗの輝度の差（コントラスト）は大きくなり、水中の濁度が高いほど、輝度の差は小さくなる。このように、暗領域１７０ｂと明領域１７０ｗの輝度の差（コントラスト）と濁度との間の相関性に基づき、輝度の差から濁度を検出する。

　図７は、水の濁度と、測定部材１７０の撮影画像から得た輝度の差である正規化輝度差との関係を示す。この関係は実際に測定した値から求められる。ここで、正規化輝度差Ｎｃは、測定部材１７０の撮影画像の暗領域１７０ｂの輝度Ｉｂと、明領域１７０ｗの輝度Ｉｗと、補正係数Ａ、Ｂ、Ｃとにより数１で表される。

　図７に示すように、濁度が高くなるほど、輝度差（正規化輝度差Ｎｃ）は小さくなる。図７に示すような濁度と正規化輝度差Ｎｃとの関係を示す輝度差－濁度対応情報２１８ａが事前に求められて、地上ユニット２００のコンピュータ２５０のメモリ２１８に格納されている。輝度差－濁度対応情報２１８ａは例えばテーブルまたは関数で与えられる。

　さらに、地上ユニット２００のコンピュータ２５０において、検出された濁度と、検査対象物１０Ｐまでの距離との関係を示した濁度－距離対応情報２１８ｂがメモリ２１８に格納されている。図８は、検出された濁度と、検査対象物１０Ｐまでの距離との関係を示した濁度－距離対応情報２１８ｂを示す。メモリ２１８は、図８に示す関係を与えるテーブルまたは関数を濁度－距離対応情報２１８ｂとして格納する。

　コンピュータ２５０は、輝度差－濁度対応情報２１８ａを参照することにより、輝度差（正規化輝度差Ｎｃ）に基づいて濁度を求めることができ、濁度－距離対応情報２１８ｂを参照することにより、濁度に基づいて水中ロボット１００から検査対象物１０Ｐまでの距離を決定することができる。

　［１－２－２．濁度に応じた距離制御動作］
　図９は、実施の形態１における、水の濁度に基づいて検査対象物１０Ｐまでの距離を制御する地上ユニット２００における処理を示すフローチャートである。

　ＣＰＵ２１０は、通信ユニット２３０及び通信インタフェース部２１２を介して水中ロボット１００の操縦用カメラ１１６で撮影された画像を取得する（ステップＳ２１）。ＣＰＵ２１０の濁度検出部２１４は、取得した画像に含まれる測定部材１７０の部分１７０ｐの画像に基づき明領域１７０ｗと暗領域１７０ｂのそれぞれの輝度を求める（ステップＳ２２）。次に、濁度検出部２１４は、求めた明領域１７０ｗと暗領域１７０ｂの輝度の差を正規化した値である正規化輝度差Ｎｃを（数１）に基づき求める（ステップＳ２３）。

　さらに、濁度検出部２１４は、輝度差－濁度対応情報２１８ａ（図７参照）を参照し、求めた正規化輝度差Ｎｃから濁度を算出する（ステップＳ２４）。次に、距離決定部２１６は、濁度－距離対応情報２１８ｂ（図８参照）を参照し、求めた濁度から検査対象物１０Ｐまでの距離を決定する（ステップＳ２５）。

　コンピュータ２５０のＣＰＵ２１０は、水中ロボット１００から検査対象物１０Ｐまでの距離が、上記の決定した距離となるように水中ロボット１００の位置を制御する（ステップＳ２６）。水中ロボットは、コンピュータ２５０からの指示にしたがいスラスタ１３０を制御して水中ロボット１００と検査対象物１０Ｐとの距離を上記の決定された距離に維持する。

　以上のような制御により、水中ロボット１００から検査対象物１０Ｐまでの距離を水の濁度に応じた距離に制御することができる。すなわち、濁度がより高くなるほど、水中ロボット１００と検査対象物１０Ｐとの距離がより短くなるようにその距離を制御する。

　図１０Ａと図１０Ｂは検査用カメラ１５０が撮影した画像を示す。例えば、濁度が高く、図１０Ａに示すように、検査対象物１０Ｐから水中ロボット１００（検査用カメラ１５０）までの距離Ｄｘにおいて検査用カメラ１５０で明瞭な画像を得ることができないときに、図１０Ｂに示すように水中ロボット１００を、水中ロボット１００から検査対象物１０Ｐまでの距離が距離Ｄｙ（＜Ｄｘ）になるように検査対象物１０Ｐに近づける。これにより、図１０Ｂに示すように、検査用カメラ１５０による撮影画像の画角は小さくなるが、明瞭な画像を得ることが可能になる。

　上記の例では、メモリ２１８は１つの輝度差－濁度対応情報２１８ａを保持する。メモリ２１８は複数の輝度差－濁度対応情報を保持し、用途に応じて切り替えて使用してもよい。例えば、図１１Ａに示すように、メモリ２１８は、濁度と検査対象物１０Ｐまでの被写体距離との関係をそれぞれ示２種類の輝度差－濁度対応情報１２１８ａ、２２１８ａを保持してもよい。輝度差－濁度対応情報１２１８ａはラフな検査を行うときに用い、輝度差－濁度対応情報２２１８ａは精密な検査を行うときに用いる。輝度差－濁度対応情報１２１８ａを用いた場合、水中ロボット１００を検査対象物１０Ｐから離して検査対象物１０Ｐの画像を撮影することにより、画像の明瞭性は悪くなるが、一度によい広い範囲の撮影が可能になるため、検査範囲全体の画像を撮影する時間を短くできる。このような検査は検査対象物１０Ｐ全体の概要をまず知りたい場合に有効である。一方、輝度差－濁度対応情報２２１８ａを用いた場合、水中ロボット１００を検査対象物１０Ｐにより近づけて検査対象物１０Ｐの画像を撮影することにより、一度で撮影できる範囲がより狭くなり、検査範囲全体の画像を撮影する時間は長くなるが、画像の明瞭性を向上できる。よって、図１１Ａに示すように、メモリ２１８がラフな検査用と精密な検査のそれぞれの用途に応じて２種類の輝度差－濁度対応情報１２１８ａ、２２１８ａを保持しておき、それらを切り替えて使用することで、用途に応じた好適な検査を行うことが可能となる。

　また、図８に示す濁度－距離対応情報２１８ｂは濁度に対して連続的に被写体までの距離を与えるが、被写体距離情報はこれに限定されない。図１１Ｂは実施の形態１における他の濁度－距離対応情報１２１８ｂを示す。図１１Ｂに示す濁度－距離対応情報１２１８ｂは、濁度に基づいてステップ状すなわち離散的に検査対象物１０Ｐまでの距離を与える。

　［１－３．効果等］
　以上のように、濁度検出装置１０Ａは、暗領域１７０ｂと明領域１７０ｗとを有する測定部材１７０と、測定部材１７０の少なくとも一部分１７０ｐを水の中にて撮影して画像データを生成する操縦用カメラ１１６と、操縦用カメラ１１６から画像データを取得する通信インタフェース部２１２と、取得した画像データが示す画像における暗領域１７０ｂと明領域１７０ｗの画像情報（輝度差）に基づき濁度を算出する濁度検出部２１４（ＣＰＵ２１０）とを備える。実施の形態１では、暗領域１７０ｂは黒色に着色されており黒く、明領域１７０ｗは白色に着色されて白い。

　また、実施の形態１における水中検査装置１０は水の中にある検査対象物１０Ｐの画像を撮影し、濁度検出装置１０Ａを備え、濁度に応じて検査対象物１０Ｐまでの距離を制御する。すなわち、水中検査装置１０は、暗領域１７０ｂと明領域１７０ｗとを有する測定部材１７０と、測定部材１７０の暗領域１７０ｂ及び明領域１７０ｗの少なくとも一部を水の中にて撮影して画像データを生成するカメラ１１６（操縦用カメラ）と、カメラ１１６により生成された画像データが示す暗領域１７０ｂと明領域１７０ｗの画像情報に基づいて検査対象物１０Ｐと水中ロボット１００の間の距離を制御するコンピュータ２５０とを備える。

　以上のように、実施の形態１では、測定部材１７０の画像情報に基づき濁度を検出できる。測定部材１７０は水の中に没した状態で撮影されるため、特に耐水圧容器に収納する必要が無い。また、測定部材１７０は小型軽量なものでよく、容易に水中ロボット１００に搭載することができる。このように簡易な構成の濁度検出装置１０Ａを提供できる。

　また、水中検査装置１０は、水の濁度に応じて水中ロボット１００と検査対象物１０Ｐ間の距離を制御する。具体的には、水中検査装置１０は濁度が高い程、水中ロボット１００と検査対象物１０Ｐと間の距離が小さくなるようにその距離を制御する。このため、濁った水中環境下であっても点検に好適な距離で検査対象物１０Ｐの画像を撮影することができる。

　（実施の形態２）
　実施の形態１の水中検査装置１０では、最初に測定部材１７０の撮像画像から求めた輝度差から水の濁度を求め、次に濁度から検査対象物１０Ｐまでの距離を求める。実施の形態２における水中検査装置１０では、測定部材１７０の撮像画像から求めた輝度差から直接被写体距離を求める構成を説明する。なお、実施の形態２の水中検査装置１０の構成及び動作は実施の形態１で示したものと基本的に同様である。以下、実施の形態１とは異なる、本実施形態の水中検査装置１０の構成、動作について説明する。

　図１２Ａは、実施の形態２における、測定部材１７０の撮像画像から得た正規化輝度差Ｎｃと、検査対象までの距離との関係を示す。この関係は、実施の形態１で示した輝度差－濁度対応情報２１８ａ（図７参照）と濁度－距離対応情報２１８ｂ（図８参照）とを組み合わせることで求めることができる。

　実施の形態２の水中検査装置１０のコンピュータ２５０のメモリ２１８は、図１２Ｂに示す正規化輝度差Ｎｃと検査対象物１０Ｐまでの距離との関係を示す輝度差－距離対応情報２１８ｃを格納している。

　図１３は、実施の形態２の地上ユニット２００における、水の濁度に基づいて水中ロボット１００と検査対象物１０Ｐまでの距離を制御する処理を示すフローチャートである。

　コンピュータ２５０のＣＰＵ２１０は、通信ユニット２３０及び通信インタフェース部２１２を介して水中ロボット１００の操縦用カメラ１１６で撮影された画像を取得する（ステップＳ３１）。濁度検出部２１４は、取得した画像に含まれる測定部材１７０の部分１７０ｐの画像に基づき、測定部材１７０の部分１７０ｐの明領域１７０ｗと暗領域１７０ｂそれぞれの輝度を求める（ステップＳ３２）。次に、濁度検出部２１４は、求めた明領域１７０ｗと暗領域１７０ｂそれぞれの輝度から、正規化輝度差Ｎｃを（数１）を用いて求める（ステップＳ３３）。

　コンピュータ２５０のＣＰＵ２１０は、輝度差－距離対応情報２１８ｃ（図１２Ａ、図１２Ｂ参照）を参照し、求めた正規化輝度差Ｎｃから検査対象物１０Ｐまでの距離を算出する（ステップＳ３４）。

　コンピュータ２５０のＣＰＵ２１０は、水中ロボット１００から検査対象物１０Ｐまでの距離が、算出した距離となるように、水中ロボット１００の位置を制御する（ステップＳ３５）。

　このように実施の形態２における水中検査装置１０では、測定部材１７０の部分１７０ｐの撮像画像から求めた輝度差から検査対象物１０Ｐまでの距離を直接算出し、算出した距離に基づいて水中ロボット１００と検査対象物１０Ｐまでの距離を制御する。

　図１４Ａと図１４Ｂは、実施の形態２における他の輝度差－距離対応情報１２１８ｃ、２２１８ｃを示す。輝度差と被写体距離の関係は、検査用途に応じて適宜設定することができるが、基本的には、輝度差に対して被写体距離が単調増加する。したがって、正規化輝度差Ｎｃは検査対象物１０Ｐまでの距離と図１４Ａに示す輝度差－距離対応情報１２１８ｃの関係にある。または、図１４Ｂに示す輝度差－距離対応情報２２１８ｃでは、輝度差に対してステップ状（離散的に）に距離が対応する。

　（実施の形態３）
　実施の形態３における水中検査装置１０の構成及び動作は実施の形態１で示したものと基本的に同様である。以下、実施の形態１とは異なる、実施形態３の水中検査装置１０の構成、動作について説明する。

　実施の形態１では、図４Ａに示す１つの明領域１７０ｗと１つの暗領域１７０ｂとを有する測定部材１７０を用いる。図１５Ａと図１５Ｂは、実施の形態３における水中検査装置１０での測定部材１７０の明領域１７０ｗと暗領域１７０ｂとを示す。図１５Ａと図１５Ｂに示す測定部材１７０では、前記暗領域１７０ｂは、互いに幅が異なる複数の暗部分１７０ｓを有する。前記明領域１７０ｗは、前記複数の暗部分１７０ｓと交互に配置されている複数の明部分１７０ｔを有する。実施の形態３では、複数の暗部分１７０ｓは黒く着色されていて黒く、前記複数の明部分１７０ｔは白く着色されており白い。互いに交互に配置された複数の暗部分１７０ｓと複数の明部分１７０ｔとは解像度チャートを構成する。

　解像度チャートの画像を操縦用カメラ１１６で撮影し、その撮影画像を解析して画像の解像度を求め、求めた解像度から水の濁度を検出することができる。この場合、図１６Ａに示すように解像度と濁度の関係を事前に実験的に求めておく。図１６Ｂに示すように、その関係を解像度－濁度対応情報２１８ｄとしてコンピュータ２５０のメモリ２１８に格納する。コンピュータ２５０の距離決定部２１６は解像度－濁度対応情報２１８ｄを参照することで、撮影画像の解像度から検査対象物までの距離を決定することができる。

　図１７は、実施の形態３における、地上ユニット２００における、水の濁度に基づいて水中ロボット１００の距離を制御する処理を示すフローチャートである。

　コンピュータ２５０のＣＰＵ２１０は、通信ユニット２３０及び通信インタフェース部２１２を介して水中ロボット１００の操縦用カメラ１１６で撮影された画像を取得する（ステップＳ４１）。濁度検出部２１４は、取得した画像に含まれる測定部材１７０の部分１７０ｐの解像度チャートの画像の解像度を求める（ステップＳ４２）。次に、濁度検出部２１４は、解像度－濁度対応情報２１８ｄを参照して、求めた解像度から濁度を求める（ステップＳ４３）。

　次に、距離決定部２１６は、濁度－距離対応情報２１８ｂを参照し、求めた濁度から検査対象物１０Ｐまでの距離を算出する（ステップＳ４４）。

　コンピュータ２５０のＣＰＵ２１０は、水中ロボット１００から検査対象物１０Ｐまでの距離が、算出した距離となるように水中ロボット１００の位置を制御する（ステップＳ４５）。

　以上のようにして、測定部材１７０の解像度チャートの画像の解像度から濁度を求めることができる。なお、実施の形態２のように、解像度と、検査対象物１０Ｐまでの距離とを対応づけた解像度－距離対応情報を予め準備しておき、画像の解像度から検査対象物１０Ｐまでの距離を直接的に求めることもできる。

　（実施の形態４）
　図１８は実施の形態４における水中検査装置１０Ｃの断面図である。図１８において、図１から図４Ｂに示す実施の形態１における水中検査装置１０と同じ部分には同じ参照番号を付す。水中検査装置１０Ｃは、図４Ｂに示す実施の形態１における水中検査装置１０の測定部材１７０を覆う遮光部４０１と、参照光源４０２とをさらに備える。遮光部４０１は操縦用カメラ１１６の画角Ｘの一部を覆う。

　図１から図４Ｂに示す実施の形態１における水中検査装置１０では、測定部材１７０に照射される光は、周辺からの散乱光、または、照明装置１２０から検査対象物１０Ｐ、防水容器１１８および測定部材１７０を含む経路を通過した反射光であり、すなわち、測定部材１７０の周囲の光である。

　図１８に示す水中検査装置１０Ｃでは、遮光部４０１は測定部材１７０の周囲の上記光を測定部材１７０に届かないように遮る。参照光源４０２は測定部材１７０の明領域１７０ｗと暗領域１７０ｂとに光を照射する。水中検査装置１０Ｃでは、測定部材１７０の周囲の光に関わらず、測定部材１７０に安定した光を照射できるので、測定部材１７０の明領域１７０ｗと暗領域１７０ｂのコントラストがより安定に検出できる。

　（他の実施の形態）
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１～４を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１～３で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

　上記の実施の形態では、水中ロボット１００の操縦用カメラ１１６で撮影された画像の情報（輝度差や解像度）に基づき濁度を判定したが、検査用カメラ１５０で撮影された画像の情報から濁度を判定してもよい。

　上記の実施の形態では、操縦用の画像を撮影する操縦用カメラと検査用の画像を撮影する検査用カメラとを別々に設けたが、操縦用の画像と検査用の画像とを同じカメラで撮影するようにしてもよい。

　上記の実施の形態で示した濁度検出装置の構成は、水の濁度の検出に限定されるものではなく、水以外の他の液体の濁度の検出にも適用することができる。

　上記実施の形態においてＣＰＵ２１０が実行するプログラムは、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体によって提供されてもよいし、通信回線を介してネットワーク上のサーバからダウンロードされてもよい。また、ＣＰＵ２１０の機能は、ハードウェアとソフトウェア（アプリケーションプログラム）の協働により実現したが、所定の機能を実現するように専用に設計されたハードウェア回路のみで実現してもよい。よって、ＣＰＵ２１０に代えて、ＭＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等で上述の機能を実現してもよい。

　以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

　したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

　また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

　本開示における濁度検査装置は、水中にある物体（ダム壁、橋梁の橋桁等）を検査する検査装置に有用である。

１０　　水中検査装置（液中検査装置）
１０Ａ　　濁度検出装置
１００　　水中ロボット（液中ロボット）
１１０　　本体ユニット
１１２　　通信ユニット
１１４　　制御ユニット
１１６　　操縦用カメラ
１２０　　照明装置
１３０　　スラスタ
１４０　　ソナー
１５０　　検査用カメラ
１６０　　バッテリ
１７０　　測定部材
２００　　地上ユニット
２１０　　ＣＰＵ
２１１　　表示部
２１４　　濁度検出部
２１６　　距離決定部
２１２　　通信インタフェース部
２１８　　メモリ
２１８ａ　　輝度差－濁度対応情報
２１８ｂ　　濁度－距離対応情報
２１８ｃ　　輝度差－距離対応情報
２１８ｄ　　解像度－濁度対応情報
２２０　　コントローラ
２３０　　通信ユニット
２５０　　コンピュータ
３００　　通信ケーブル

Claims

液体の濁度を検出する濁度検出装置であって、
　暗領域と、前記暗領域より明度が高い明領域とを有する測定部材と、
　前記測定部材の前記暗領域と前記明領域とを前記液体を通して撮影して画像データを生成するカメラと、
　前記画像データでの前記暗領域の第１の画像情報と前記明領域の第２の画像情報とに基づき前記濁度を検出する濁度検出部と、
を備えた濁度検出装置。
照明装置をさらに備え、
前記暗領域と前記明領域とが前記カメラに対向する状態で、前記測定部材が前記照明装置と前記カメラの間に配置されている、請求項１に記載の濁度検出装置。
前記暗領域の前記第１の画像情報は前記暗領域の輝度であり、
前記明領域の前記第２の画像情報は前記明領域の輝度であり、
前記濁度検出部は、前記暗領域の前記輝度と前記明領域の前記輝度との差に基づき前記濁度を検出する、請求項１に記載の濁度検出装置。
前記暗領域は黒く、前記明領域は白い、請求項１に記載の濁度検出装置。
前記濁度検出部は、前記第１の画像情報と前記第２の画像情報から前記画像データが示す画像の解像度を求め、前記解像度に基づき前記濁度を検出する、請求項１に記載の濁度検出装置。
前記暗領域は、互いに幅が異なる複数の黒い領域を有し、
前記明領域は、前記複数の黒い領域と交互に配置されている複数の白い領域を有する、請求項５に記載の濁度検出装置。
液体の中にある検査対象物の画像を撮影する液中検査装置であって、
　暗領域と、前記暗領域より明度が高い明領域とを有する測定部材と、
　前記暗領域と前記明領域とを前記液体を通して撮影して画像データを生成するカメラと、
　前記画像データが示す前記暗領域の第１の画像情報と前記明領域の第２の画像情報とに基づいて前記検査対象物と前記液中検査装置の間の距離を制御する制御部と、
を備えた液中検査装置。
前記検査対象物に光を照射する照明装置をさらに備え、
前記暗領域と前記明領域とが前記カメラに対向している状態で、前記測定部材は前記照明装置と前記カメラの間に配置される、請求項７に記載の液中検査装置。
前記暗領域の前記第１の画像情報は前記暗領域の輝度であり、
前記明領域の前記第２の画像情報は前記明領域の輝度であり、
前記制御部は、前記暗領域の前記輝度と前記明領域の前記輝度との差に基づいて前記検査対象物と前記液中検査装置の間の前記距離を制御する、請求項７に記載の液中検査装置。
前記暗領域は黒く、前記明領域は白い、請求項７に記載の液中検査装置。
前記制御部は、前記第１の画像情報と前記第２の画像情報とに基づいて、前記画像データが示す画像の解像度を求め、前記解像度に基づいて前記検査対象物と前記液中検査装置の間の前記距離を制御する、請求項７に記載の液中検査装置。
前記暗領域は、互いに幅が異なる複数の暗部分を有し、
前記明領域は、前記複数の暗領域と交互に配置されている複数の明部分を有する、請求項１１に記載の液中検査装置。
暗領域と、前記暗領域より明度の高い明領域とを有する測定部材を液体の中に配置し、
前記測定部材の前記暗領域と前記明領域とを前記液体を通して撮影して画像データを生成し、
前記画像データが示す画像における前記暗領域と前記明領域の画像情報に基づき前記液体の濁度を検出する、
濁度検出方法。
前記暗領域は黒く、前記明領域は白い、請求項１３に記載の濁度検出方法。