WO2022249321A1 - ひび割れ画像点検システムおよび方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a crack image inspection system and method.
- crack width is one of the survey items related to cracks on the concrete surface. Crack width is measured by comparison with the crack scale. Conventionally, since this measurement is performed manually, there is a problem that a lot of inspection time is required and variations occur depending on the operator.
- a ruler is often added as a reference, and adding a reference every time a huge area is photographed is a lot of work and takes time.
- Parts included in the structure may also be used as references. In this case, you don't need to shoot with a reference, but you do need to shoot from the front.
- the adjustment of the shooting angle of the camera often depends on the photographer, and if the shooting is not perpendicular to the reference, the actual distance may differ from pixel to pixel.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to make it possible to capture crack images so that the correspondence between pixels and actual distances is constant.
- a crack image inspection system includes a digital camera, a projection lens with a known focal length, and a laser, fixed to the digital camera, and irradiates a laser beam condensed by the projection lens in the photographing direction of the digital camera. and a counting device for counting the number of pixels of the projected image in the projection image obtained by capturing the projected image of the laser light irradiated by the laser irradiation device and projected on the target surface with a digital camera,
- the focal length of the lens is a value obtained from the relationship between the dimension of one pixel of the imaging device of the digital camera and the length above the image captured by the digital camera.
- the crack image inspection method is a laser irradiation device equipped with a projection lens and a laser having a known focal length and fixed to a digital camera, and a laser beam focused by the projection lens in the photographing direction of the digital camera.
- a first step of irradiating light; a second step of capturing, with a digital camera, a projected image of the laser light irradiated by the laser irradiation device and projected onto the target surface; and a third step of counting the number of pixels in the part, and the focal length of the projection lens is obtained from the relationship between the dimension of one pixel of the imaging device of the digital camera and the length above the image captured by the digital camera. value.
- the number of pixels in the projected image portion of the projected image captured by the digital camera is counted.
- a crack image can be captured.
- FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of a crack image inspection system according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a flow chart explaining a crack image inspection method according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a configuration diagram showing the hardware configuration of the crack image inspection system according to the embodiment of the present invention.
- This crack image inspection system comprises a digital camera 101 , a laser irradiation device 102 , a counting device 103 and a display device 104 .
- the digital camera 101 has an area image sensor (solid-state imaging device) as a light receiving unit.
- the laser irradiation device 102 has a projection lens (objective lens) with a known focal length and a laser, and is fixed to the digital camera 101 .
- the laser irradiation device 102 is fixed to the digital camera 101 so that the reference point of the focal length of the projection lens coincides with the light receiving surface of the imaging element of the digital camera 101 .
- the focal length of the projection lens is a value obtained from the relationship between the dimension of one pixel of the imaging element of the digital camera 101 and the length above the image captured by the digital camera 101 .
- the counting device 103 counts the number of pixels in the projection image portion of the projection image captured by the digital camera 101 with the laser light irradiated by the laser irradiation device 102 and projected onto the target surface.
- the number of pixels counted by the counting device 103 is displayed on the display device 104, for example.
- the size (e.g., beam diameter) of the projected image of the laser light irradiated by the laser irradiation device 102 and projected onto the target plane varies depending on the difference from the focal length of the projection lens.
- the beam diameter is minimized when the distance of the projection plane on which the projected image is formed is equal to the focal length of the projection lens.
- the number of pixels displayed on the display device 104 changes when the distance of the digital camera 101 (laser irradiation device 102) to the target surface is changed.
- the distance between the target surface and the digital camera 101 (laser irradiation device 102) is equal to the focal length of the projection lens described above, the number of displayed pixels is minimized.
- ⁇ is the wavelength of the laser light.
- a beam spot of size d appears at a distance f from the lens (projection lens), and the beam diameter and distance from the lens are constant unless the lens is changed.
- This can be used as an image for calibration, and the number of pixels of the beam spot of this image for calibration can be counted and used as a reference number of pixels.
- the resolution coefficient for converting one pixel into length
- the resolution can be calculated from the reference number of pixels and the beam diameter of the beam spot.
- the crack image inspection system can be provided with a determination device 105 that determines whether the number of pixels counted by the counting device 103 falls within the reference range and outputs the determination result.
- the determination device 105 determines that the number of pixels counted by the counting device 103 falls within the reference range, the determination device 105 stores the image captured by the digital camera 101 in the storage device 106 .
- the lens of the active digital camera 101 is pointed at the inspection point, and the inspection point is set to be within the imaging range using the liquid crystal monitor of the digital camera 101 or the like.
- a laser irradiation device 102 equipped with a projection lens and a laser having a known focal length and fixed to a digital camera 101 emits laser light condensed by the projection lens in the shooting direction of the digital camera 101. to irradiate.
- the focal length of the projection lens is a value obtained from the relationship between the dimension of one pixel of the imaging element of the digital camera 101 and the length above the image captured by the digital camera 101 .
- a second step S102 the digital camera 101 captures a projected image of the laser light irradiated by the laser irradiation device 102 and projected onto the target surface.
- a third step S103 the number of pixels in the projection image portion of the projection image captured by the digital camera 101 is counted. The counted number of pixels is displayed on the display device 104 and can be visually recognized by the inspector.
- the fourth step S104 it is determined whether or not the number of pixels counted in the third step S103 falls within the reference range. If it is determined that the number of pixels counted in the fourth step S104 is within the reference range (yes in the fourth step S104), the image captured by the digital camera 101 is stored in the fifth step S105. Store in device 106 . For example, by pressing the shutter button (release the shutter) of the digital camera 101 in the state determined as described above, the image displayed on the liquid crystal monitor is stored in the storage device 106 . The determination described above is performed by the determination device 105, and the determination device 105 can release the shutter of the digital camera 101 when the counted number of pixels reaches the reference value.
- the laser irradiation device 102 is fixed to the digital camera 101, and according to the movement of the digital camera 101, the laser irradiation device 102 also moves simultaneously.
- the beam diameter of the laser light irradiated onto the target surface varies depending on the difference from the focal length of the projection lens.
- the laser irradiation device 102 is also adjusted to the focal length of the projection lens, and the beam diameter of the beam projected onto the target plane is minimized.
- the positions of the digital camera 101 and the object to be measured are adjusted so that the beam diameter is minimized.
- the digital camera 101 is arranged so that the number of pixels of the projected image of the laser beam projected onto the target surface falls within the reference range when picking up crack images for inspection.
- the captured image is stored in the storage device 106 .
- the captured image can be stored in the storage device 106 by pressing the shutter button by the inspector. Further, the shutter of the digital camera 101 can be automatically released by the operation of the determination device 105 described above.
- the inspector can acquire an inspection image simply by adjusting the position of the digital camera 101 back and forth with respect to the target surface.
- the inspection work can be completed by performing these operations on the entire inspection location.
- the projection shape can be made into an arbitrary shape such as a rectangle or a character. can also This makes it possible to use not only the number of pixels but also the shape of the projected image (pixel arrangement) to adjust the shooting position, so that the shooting position can be adjusted more easily.
- DOE diffractive optical element
- a spatial light modulator etc.
- the laser irradiation device 102 (first step S101) can irradiate a plurality of laser beams.
- the ground is irradiated with two upper and lower laser beams, and two projection images are projected onto the target surface for crack measurement (inspection).
- the two projection images projected in this manner are captured by the digital camera 101, and the number of pixels of each projection image is counted.
- the shooting angle of the digital camera 101 is a so-called low angle or high angle
- the number of pixels of the upper and lower projected images will be different. In this state, even if one pixel count falls within the reference range, the other pixel count deviates from the reference.
- the angle is horizontal, the number of pixels of both of them can be simultaneously within the reference range.
- the counting device, judging device, and storage device of the crack image inspection system include a CPU (Central Processing Unit) 301, a main storage device 302, and an external A computer device having a storage device 303, a network connection device 304, etc., and a program developed in the main storage device 302 causes the CPU 301 to operate (execute the program) to perform each function (crack image inspection method).
- the above program is a program for a computer to execute the crack image inspection method shown in the above embodiment.
- a network connection device 304 connects to a network 305 . Also, functions may be distributed among multiple computing devices.
- the present invention since the number of pixels in the projected image portion of the projected image captured by the digital camera is counted, the correspondence between the pixels and the actual distance becomes constant. Thus, crack images can be captured. According to the present invention, inspection can be performed without requiring much inspection time and without causing variations among operators. According to the present invention, there is no need to attach a ruler or the like as a reference, and no great effort or time is required.
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Abstract
レーザ照射装置（１０２）は、焦点距離が既知の投影レンズ（対物レンズ）およびレーザを備えてデジタルカメラ（１０１）に固定され、デジタルカメラ（１０１）の撮影方向に、投影レンズで集光されたレーザ光を照射する。計数装置（１０３）は、レーザ照射装置（１０２）で照射されて対象面に投影されたレーザ光の投影像をデジタルカメラ（１０１）で撮像した投影画像における投影像の部分の画素数を計数する。計数装置（１０３）が計数した画素数は、例えば、表示装置（１０４）に表示される。
Description
本発明は、ひび割れ画像点検システムおよび方法に関する。
一般に、鉄筋コンクリート構造物の点検は、ひび割れ計測によって行われている。これは、ひび割れ箇所から雨等が侵入し、鉄筋の腐食が進むためである。この種のひび割れ計測として、画像処理によって実際のひび割れを特定する技術が提案されている（特許文献１参照）。コンクリート表面のひび割れに関する調査項目としては、ひび割れの幅（ひび割れ幅）がある。ひび割れ幅は、クラックスケールとの比較によって測定される。従来、この測定を手作業で行っているため、多くの点検時間を要し、また作業者によってばらつきが生じるという問題があった。
上述した問題に対し、近年、構造物を撮像した画像から、ひび割れ幅を算出する技術が提案されている。この技術では、構造物のひび割れの箇所を撮影し、得られた画像におけるひび割れの部分の画素数から、ひび我の幅を算出する。このひび割れ幅の算出のために、例えば、大きさが既知のリファレンスをひびの箇所の隣に配置して撮像し、得られた画像においけるリファレンスの部分の画素数をカウントすることで、１画素の長さを換算する。この換算において用いられる１画素を長さに変換する係数は、分解能と呼ばれており、画像からひび幅を算出するためには分解能を算出することが必要となる。
しかしながら、従来の技術では、リファレンスとして物差しなどを添えることが多く、膨大な面積を撮影するたびにリファレンスを添えることは大きな手間となり時間を要する。また、リファレンスとして、構造物に含まれる部品（パイプやねじ等）を使用することもある。この場合、リファレンスを添えて撮影する必要はないが、正面から撮影する必要がある。しかし、カメラの撮影角度の調整は撮影者に依存することが多く、リファレンスに対して垂直に撮影できていない場合は、画素で実距離が異なる可能性がある。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、画素と実距離との対応が一定になるようにひび割れ画像が撮像できるようにすることを目的とする。
本発明に係るひび割れ画像点検システムは、デジタルカメラと、焦点距離が既知の投影レンズおよびレーザを備えてデジタルカメラに固定され、デジタルカメラの撮影方向に、投影レンズで集光されたレーザ光を照射するレーザ照射装置と、レーザ照射装置で照射されて対象面に投影されたレーザ光の投影像をデジタルカメラで撮像した投影画像における投影像の部分の画素数を計数する計数装置とを備え、投影レンズの焦点距離は、デジタルカメラの撮像素子の１画素の寸法と、デジタルカメラで撮像された画像の上における長さとの関係より求められる値とされている。
また、本発明に係るひび割れ画像点検方法は、焦点距離が既知の投影レンズおよびレーザを備えてデジタルカメラに固定されたレーザ照射装置で、デジタルカメラの撮影方向に、投影レンズで集光されたレーザ光を照射する第１ステップと、レーザ照射装置で照射されて対象面に投影されたレーザ光の投影像を、デジタルカメラで撮像する第２ステップと、デジタルカメラで撮像した投影画像における投影像の部分の画素数を計数する第３ステップとを備え、投影レンズの焦点距離は、デジタルカメラの撮像素子の１画素の寸法と、デジタルカメラで撮像された画像の上における長さとの関係より求められる値とされている。
以上説明したように、本発明によれば、レーザ光の投影像をデジタルカメラで撮像した投影画像における投影像の部分の画素数を計数するので、画素と実距離との対応が一定になるようにひび割れ画像が撮像できる。
以下、本発明の実施の形態に係るひび割れ画像点検システムについて図１を参照して説明する。このひび割れ画像点検システムは、デジタルカメラ１０１、レーザ照射装置１０２、計数装置１０３、および表示装置１０４を備える。
デジタルカメラ１０１は、エリアイメージセンサ（固体撮像素子）を受光部として備える。レーザ照射装置１０２は、焦点距離が既知の投影レンズ（対物レンズ）およびレーザを備えてデジタルカメラ１０１に固定され、デジタルカメラ１０１の撮影方向に、投影レンズで集光されたレーザ光を照射する。レーザ照射装置１０２は、投影レンズの焦点距離の基準となる箇所が、デジタルカメラ１０１の撮像素子の受光面と一致するように、デジタルカメラ１０１に固定されている。投影レンズの焦点距離は、デジタルカメラ１０１の撮像素子の１画素の寸法と、デジタルカメラ１０１で撮像された画像の上における長さとの関係より求められる値である。
計数装置１０３は、レーザ照射装置１０２で照射されて対象面に投影されたレーザ光の投影像をデジタルカメラ１０１で撮像した投影画像における投影像の部分の画素数を計数する。計数装置１０３が計数した画素数は、例えば、表示装置１０４に表示される。
レーザ照射装置１０２で照射されて対象面に投影されたレーザ光の投影像の大きさ（例えばビーム径）は、投影レンズの焦点距離からの差によって変動する。投影像が形成される投影面の距離が、投影レンズの焦点距離に等しくなると、ビーム径は最小となる。
上述した投影像の大きさ（ビーム径）の変化に対応し、表示装置１０４に表示される画素数は、対象面に対するデジタルカメラ１０１（レーザ照射装置１０２）の距離を変えると変化する。対象面と、デジタルカメラ１０１（レーザ照射装置１０２）との距離が、上述した投影レンズの焦点距離に等しくなると、表示される画素数が最小となる。
ここで、例えば、ビーム径Ｄの平行光となっているレーザ光が単レンズを通過すると、「ｄ＝ｆλ／（πＤ）」で示される焦点ｆの距離にビーム径ｄで集光することが知られている。λはレーザ光の波長である。この式からわかるように、レンズ（投影レンズ）からｆの距離に大きさｄのビームスポットが現れ、このビーム径やレンズからの距離はレンズを変えない限り一定である。
デジタルカメラ１０１を焦点ｆの距離に配置し、ビームスポットを含むように画像を撮影する。これを校正用の画像とすることができ、この校正用画像のビームスポットの画素数を計数し、基準画素数とすることができる。また、この基準画素数と、ビームスポットのビーム径とから分解能（１画素を長さに変換する係数）を算出することができる。この分解能を用いることで、撮像された画像の１画素の長さを求めることができ、撮像されたひび割れの幅を求めることができる。
また、実施の形態に係るひび割れ画像点検システムは、計数装置１０３が計数した画素数が、基準の範囲となっているか否かを判定して判定結果を出力する判定装置１０５を備えることができる。判定装置１０５は、計数装置１０３が計数した画素数が、基準の範囲になっていることが判定されると、デジタルカメラ１０１が撮像している画像を記憶装置１０６に記憶する。
次に、本発明の実施の形態に係るひび割れ画像点検方法について、図２を参照して説明する。
まず、点検箇所が画角に入るようにデジタルカメラ１０１の位置を調整する。例えば、起動しているデジタルカメラ１０１のレンズを点検箇所に向け、デジタルカメラ１０１の液晶モニタなどを用いて、点検箇所が撮像範囲となる状態とする。
次いで、第１ステップＳ１０１で、焦点距離が既知の投影レンズおよびレーザを備えてデジタルカメラ１０１に固定されたレーザ照射装置１０２で、デジタルカメラ１０１の撮影方向に、投影レンズで集光されたレーザ光を照射する。投影レンズの焦点距離は、デジタルカメラ１０１の撮像素子の１画素の寸法と、デジタルカメラ１０１で撮像された画像の上における長さとの関係より求められる値である。
次に、第２ステップＳ１０２で、レーザ照射装置１０２で照射されて対象面に投影されたレーザ光の投影像を、デジタルカメラ１０１で撮像する。次いで、第３ステップＳ１０３で、デジタルカメラ１０１で撮像した投影画像における投影像の部分の画素数を計数する。計数された画素数は、表示装置１０４に表示され、点検者に視認可能となる。
次に、第４ステップＳ１０４で、第３ステップＳ１０３で計数した画素数が、基準の範囲となっているか否かを判定する。第４ステップＳ１０４で計数した画素数が、基準の範囲になっていることが判定されると（第４ステップＳ１０４のｙｅｓ）、第５ステップＳ１０５で、デジタルカメラ１０１が撮像している画像を記憶装置１０６に記憶する。例えば、上述したように判定される状態で、デジタルカメラ１０１のシャッタボタンを押下する（シャッタを切る）ことで、液晶モニタに表示されていた画像が、記憶装置１０６に記憶される。上述した判定は、判定装置１０５により実施され、判定装置１０５は、計数した画素数が基準値となった場合、デジタルカメラ１０１のシャッタを切ることができる。
レーザ照射装置１０２は、デジタルカメラ１０１に固定されており、デジタルカメラ１０１の動きに応じてレーザ照射装置１０２も同時に動く。デジタルカメラ１０１を測定対象の対象面に近づける、または遠ざけると、対象面に照射されるレーザ光のビーム径が、投影レンズの焦点距離からの差によって変動する。投影レンズの焦点距離の位置にデジタルカメラ１０１が配置されると、レーザ照射装置１０２も投影レンズの焦点距離の位置に調整され、対象面に投影されるビームのビーム径が最小になる。ビーム径が最小になるようにデジタルカメラ１０１と測定対象との位置を調整する。この状態で撮像した画像の中で、投影像の占める画素数を計数することで、上述した基準値（基準の範囲）を決定することができる。
上述したように基準を決定した後、点検のためのひび割れ画像の撮像においては、対象面に投影されたレーザ光の投影像の画素数が基準の範囲となるように、デジタルカメラ１０１を配置し、撮像した画像を記憶装置１０６に記憶する。例えば、点検者によりシャッタボタンを押下することで、撮像した画像を記憶装置１０６に記憶することができる。また、判定装置１０５の前述した動作により、デジタルカメラ１０１のシャッタを自動的に切ることもできる。
点検者は、デジタルカメラ１０１の位置を、対象面に対して前後に調整するだけで、点検画像を取得することができる。これらを、点検箇所の全体に対して実施することで、点検作業を完了することができる。点検箇所の全体に対して実施することで取得した複数の点検画像の各々においては、点検対象とデジタルカメラ１０１との距離をそろえることが可能になり、あらかじめ校正した分解能をすべての点検結果に適用することが可能になる。
ところで、レーザ照射装置１０２の投影レンズを、ＤＯＥ（Diffractive optical element）や、空間光変調器(Spatial light modulator)などから構成することで、投影形状を、矩形や文字などの任意の形状とすることもできる。これにより、ピクセル数のみでなく、撮像される投影像の形状（ピクセル配置）も撮影位置の調整に使用することが可能になるため、より撮影位置の調整を簡易に行うことが可能になる。
また、レーザ照射装置１０２（第１ステップＳ１０１）は、レーザ光を複数照射することができる。例えば、大地に対して上下２つのレーザ光を照射し、ひび割れ計測（検査）の対象面に、２つの投影像を投影する。このようにして投影された２つの投影像をデジタルカメラ１０１で撮像し、各々の投影像の画素数を計数する。
例えば、デジタルカメラ１０１の撮影角度がいわゆるローアングルやハイアングルとなっている場合、上下２つの投影像の画素数が異なる状態となる。この状態では、一方の画素数が、基準の範囲となっていても、他方の画素数が基準を外れるものとなる。これに対し、水平アングルとなっていれば、両者の画素数が、同時に基準の範囲となる状態が得られる。このように、レーザ光を複数照射することで、デジタルカメラ１０１のアングルなど、対象面との角度を調整することができる。
なお、上述した実施の形態に係るひび割れ画像点検システムの計数装置、判定装置、記憶装置は、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）３０１と主記憶装置３０２と外部記憶装置３０３とネットワーク接続装置３０４となどを備えたコンピュータ機器とし、主記憶装置３０２に展開されたプログラムによりＣＰＵ３０１が動作する（プログラムを実行する）ことで、上述した各機能（ひび割れ画像点検方法）が実現されるようにすることもできる。上記プログラムは、上述した実施の形態で示したひび割れ画像点検方法をコンピュータが実行するためのプログラムである。ネットワーク接続装置３０４は、ネットワーク３０５に接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させることもできる。
以上に説明したように、本発明によれば、レーザ光の投影像をデジタルカメラで撮像した投影画像における投影像の部分の画素数を計数するので、画素と実距離との対応が一定になるようにひび割れ画像が撮像できるようになる。本発明によれば、多くの点検時間を必要とせず、また作業者によってばらつきが生じることなく点検実施が可能となる。本発明によれば、リファレンスとして物差しなどを添える必要が無く、大きな手間や時間を必要としない。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
１０１…デジタルカメラ、１０２…レーザ照射装置、１０３…計数装置、１０４…表示装置、１０５…判定装置、１０６…記憶装置。
Claims (8)
- デジタルカメラと、
焦点距離が既知の投影レンズおよびレーザを備えて前記デジタルカメラに固定され、前記デジタルカメラの撮影方向に、前記投影レンズで集光されたレーザ光を照射するレーザ照射装置と、
前記レーザ照射装置で照射されて対象面に投影された前記レーザ光の投影像を前記デジタルカメラで撮像した投影画像における前記投影像の部分の画素数を計数する計数装置と
を備え、
前記投影レンズの焦点距離は、前記デジタルカメラの撮像素子の１画素の寸法と、前記デジタルカメラで撮像された画像の上における長さとの関係より求められる値であることを特徴とするひび割れ画像点検システム。 - 請求項１記載のひび割れ画像点検システムにおいて、
前記計数装置が計数した画素数が、基準の範囲となっているか否かを判定して判定結果を出力する判定装置をさらに備えることを特徴とするひび割れ画像点検システム。 - 請求項２記載のひび割れ画像点検システムにおいて、
前記判定装置は、前記計数装置が計数した画素数が、基準の範囲になっていることが判定されると、前記デジタルカメラが撮像している画像を記憶装置に記憶することを特徴とするひび割れ画像点検システム。 - 請求項１～３のいずれか１項に記載のひび割れ画像点検システムにおいて、
前記レーザ照射装置は、前記レーザ光を複数照射することを特徴とするひび割れ画像点検システム。 - 焦点距離が既知の投影レンズおよびレーザを備えてデジタルカメラに固定されたレーザ照射装置で、前記デジタルカメラの撮影方向に、前記投影レンズで集光されたレーザ光を照射する第１ステップと、
前記レーザ照射装置で照射されて対象面に投影された前記レーザ光の投影像を、前記デジタルカメラで撮像する第２ステップと、
前記デジタルカメラで撮像した投影画像における前記投影像の部分の画素数を計数する第３ステップと
を備え、
前記投影レンズの焦点距離は、前記デジタルカメラの撮像素子の１画素の寸法と、前記デジタルカメラで撮像された画像の上における長さとの関係より求められる値であることを特徴とするひび割れ画像点検方法。 - 請求項５記載のひび割れ画像点検方法において、
前記第３ステップで計数した画素数が、基準の範囲となっているか否かを判定する第４ステップをさらに備えることを特徴とするひび割れ画像点検方法。 - 請求項６記載のひび割れ画像点検方法において、
前記第４ステップで計数した画素数が、基準の範囲になっていることが判定されると、前記デジタルカメラが撮像している画像を記憶装置に記憶する第５ステップをさらに備えることを特徴とするひび割れ画像点検方法。 - 請求項５～７のいずれか１項に記載のひび割れ画像点検方法において、
前記第１ステップは、前記レーザ光を複数照射することを特徴とするひび割れ画像点検方法。
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