JP5957250B2 - クラック検出方法、クラック表示装置 - Google Patents
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Description
本願は、コンクリート等の構造物の表面に生じているひび割れ（以下、「クラック」と称する。）の状態を検出するクラック検出方法、及び当該クラックの状態を表示するクラック表示装置等に関する。
経年劣化によるコンクリート等の構造物に生じているクラックの状態を検出する方法としては、調査員が、クラック部位に一般にクラックスケール（クラックシート）と称されるクラックの幅を測定するスケールを使用しながら目視観察を行い、クラックの幅や長さを測定していた。したがって、調査員の測定技量によって精度のばらつきが大きくなることや、クラックが大量に存在する場合にあっては、調査員の労力及び時間を要していた。
そこで近年では、ＣＣＤデジタルビデオカメラを用いて例えばクラックの幅を検出する方法が知られている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載されたクラックの幅の検出手法は、クラックをＣＣＤデジタルビデオカメラにより撮影し、その撮影した画像上でクラックの幅の画素数を計測し、その計測値に１画素の一辺の長さを乗算することでクラックの幅を検出する。
構造物の性能を評価する上では、クラックの状態を正確に把握することが重要であるものの、特許文献１に示す手法では、肉眼で確認できるすべてのひび割れ（微細なひび割れ）までは抽出できないという問題がある。
本願は上記問題点の解決を課題の一例として為されたもので、構造物に生じているクラックの状態を正確に検出可能なクラック検出方法、及びクラックの状態を表示するクラック表示装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項１に記載のクラック検出方法は、基準となるクラックが異なる基調色に応じて表示されているクラックシートの各クラックを光学的撮影装置により撮影した画像データから、基調色に応じた各クラックの両側の規定された範囲の幅内の各画素の階調値と濃淡分布の幅で示される面積で表される指標データを取得し、この指標データに基づいて、各クラック幅と前記指標データとの関係を示す線形式を取得する線形式取得工程と、被写体に生じているクラック部位を光学的撮影装置により撮影した画像データから、クラック部位の両側の規定された範囲の幅内の各画素の濃淡レベルの差を検出してクラック部位を特定するとともに、前記クラック部位の両側の規定された範囲の幅内の各画素の階調値と濃淡分布の幅で示される面積で表される実測データを取得する実測データ取得工程と、 前記線形式を用いて、前記実測データから前記クラック部位におけるクラックの幅を推定するクラック推定工程と、を具備することを特徴とする。
また、請求項２に記載のクラック表示装置は、基準となるクラックが異なる基調色に応じて表示されているクラックシートの各クラックを光学的撮影装置により撮影した画像データから、基調色に応じた各クラックの両側の規定された範囲の幅内の各画素の階調値と濃淡分布の幅で示される面積で表される指標データを取得し、この指標データに基づいて、各クラック幅と前記指標データとの関係を示す線形式を記憶する記憶手段と、被写体に生じているクラック部位を光学的撮影装置により撮影した画像データを取得する画像データ取得手段と、前記画像データ取得手段により取得した画像データから、クラック部位の両側の規定された範囲の幅内の各画素の濃淡レベルの差を検出してクラック部位を特定するとともに、前記クラック部位の両側の規定された範囲の幅内の各画素の階調値と濃淡分布の幅で示される面積で表される実測データを取得する実測データ取得手段と、 前記線形式を用いて、前記実測データから前記クラック部位におけるクラックの幅を推定するクラック推定手段と、前記クラック部位に前記クラックの幅を表示するクラック幅表示手段と、
を具備することを特徴とする。
を具備することを特徴とする。
また、請求項３に記載のクラック表示装置は、請求項２に記載のクラック表示装置において、前記クラック幅表示手段は、クラックの幅を色分けした線形図として表示することを特徴とする。
光学的撮影装置で撮影した分解能以下のクラックの幅を測定することができる。また、構造物に生じているクラックの状態を容易に把握することができる。
以下、本願を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。
（クラック検出方法の概要）
本実施形態のクラック検出方法は、対象物（例えば、コンクリート構造物等）に生じているクラックの状態を把握するためにクラックの幅を測定（推定）するものである。
本実施形態のクラック検出方法は、対象物（例えば、コンクリート構造物等）に生じているクラックの状態を把握するためにクラックの幅を測定（推定）するものである。
クラックの幅は、クラック部位を撮影した画像から検出されるグレイレベル（以下、「階調値」と称する）とクラック近傍の濃淡分布に違い（特徴点）が見られ、クラックの幅が大きい程、階調値とクラック近傍の濃淡分布の幅が大きくなる傾向にある。
本願発明は、当該特徴点に着目したものであって、本願発明のクラック検出方法は、対象物を撮影し、撮影された対象物に生じているクラック部位の画像から検出される階調値とクラック部位近傍の濃淡分布を用いて算出される特徴量（以下、この特徴量をクラックインデックス「ＣＩ」と称する。）を予め規定されたクラックの幅とＣＩの相関を示す線形式（図２参照）にあてはめてクラックの幅を推定するものである。
なお、構造物の撮影には、撮影した画像をデジタルデータとして記録可能なデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の光学的撮影装置が用いられる。
また、線形式は、構造物の背景色（以下、「基調色」と称する。）に応じて異なり、異なる基調色に応じて複数の線形式が予め規定される。よって、構造物の基調色に最も近似する基調色に対応した線形式が用いられてクラックの幅が推定される。
このようなクラック検出方法によれば、デジタルカメラで撮影した分解能以下（肉眼で確認できる程度）のクラックを測定（推定）することができる。
（クラックインデックス「ＣＩ」について）
ＣＩとは、クラックの幅が有する特徴点（階調値及び濃淡分布）を用いて、クラックの幅を定量化したものである。具体的には、ＣＩは、図１に示すように、所定の解像度の画像によって示されるクラックの階調値と濃淡分布の幅ｔで示される面積（図１中の網線部）で表現される。なお、階調値とは、基調色からの各クラックの階調値の差を表現したものである。
ＣＩとは、クラックの幅が有する特徴点（階調値及び濃淡分布）を用いて、クラックの幅を定量化したものである。具体的には、ＣＩは、図１に示すように、所定の解像度の画像によって示されるクラックの階調値と濃淡分布の幅ｔで示される面積（図１中の網線部）で表現される。なお、階調値とは、基調色からの各クラックの階調値の差を表現したものである。
具体的にこのＣＩは、特徴値Ｄ（ｉ）と濃淡分布の幅ｔに基づいて算出される。例えば、図１において、所定のクラックの濃淡分布の幅を±４ピクセルと仮定した場合、特徴値Ｄ(i)は次式で示される。なお、以下に示す式において、GRAY(i)は、各クラックピーク値の階調値である。
特徴値Ｄ(i)= GRAY(i)-(GRAY(i-４)+GRAY(i+4)/2)
ここで、基準となるクラックシートが撮影された画像を検証すると、図３に示すようにクラックの幅に応じて階調値（階調データ）とクラック近傍の濃淡分布の幅（濃淡分布データ）に違いが見られる。本実施形態によれば、この濃淡分布は、図３に示すように、階調値のピーク値を基準として±１ピクセル〜±４ピクセルの間で基調色の階調レベルと同じ階調レベルになっている。そこで本発明では、クラック幅に応じて異なるこの階調レベルと濃淡分布の差に着目し、階調レベルと濃淡分布の幅で示される面積をクラックの幅を推定する上での指標として考えたものである。
（線形式について）
本実施形態で用いられる線形式は、図２に示すように、基準となるＣＩとクラック幅との相関により導き出される式である。
本実施形態で用いられる線形式は、図２に示すように、基準となるＣＩとクラック幅との相関により導き出される式である。
基準となるＣＩは、例えば、本実施形態ではクラックシートを用いて算出される。
クラックシートとは、クラックの幅を計測するためのシートであって、異なるクラックの幅を示す線（例えば、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの太さの線）が連続して並んで表示されたものである。そして、一般的には、構造物に生じたクラックに当該シートをあてがって最も近似する線の目盛によりクラックの幅を計測する。
本実施形態では、このクラックシートを、例えば、図４に示すように、１ｍｍ／ｐｉｘを基準にデジタルカメラ等で撮影し、撮影された画像から得られる各クラックの階調値（例えば、２５６階調であれば０〜２５５）（図４（ｂ）参照）をもとに、切断ライン１、又は２の画像において当該各クラックの階調値の差とクラック近傍の濃淡分布の幅を検出することで上述したように各クラックの幅に対応するＣＩを算出する。
また、図３に示すように、クラックシートの基調色に応じて、各クラック近傍の濃淡分布の幅には違いがほぼ見られないものの、各クラックの幅の階調レベルは異なる（小さくなる）ため、異なる基調色（例えば、灰色と白色）のクラックシートを撮影してそれぞれの階調レベルと濃淡分布の幅を検出し、基調色の違いによる各クラックの幅に対応するＣＩを算出する。
本実施形態では、このようにして検出された各クラックの階調レベルと濃淡分布の幅からクラックの幅に対応するＣＩを算出し、図２に示すようなクラックの幅とＣＩの相関関係から線形式が算出される。
すなわち、クラック部位をデジタルカメラで撮影し、その撮影した画像中のクラック部位の階調値と濃淡分布の幅からＣＩを算出することで、図２に示す線形式に算出したＣＩをあてはめることでクラックの幅を容易に推定できるようにしたものである。
（クラック表示装置の概要）
次に上述したクラック検出方法を用いたクラック表示装置について説明する。
次に上述したクラック検出方法を用いたクラック表示装置について説明する。
本実施形態のクラック表示装置Ｓは、上述したクラック検出方法を用いて、表示部８に対象物のクラックの状態を表示する装置である。より具体的には、クラック検出方法により推定されたクラック幅に応じて色分けした線形図を対象となるクラック部位に表示するものである。
よって、ユーザは、対象物のクラックの状態を容易に把握することが可能であり、保全・補修工事を行うための計画を立て易くなる。
（クラック表示装置の構成等）
次に、図５を参照して、クラック表示装置の構成について説明する。
次に、図５を参照して、クラック表示装置の構成について説明する。
クラック表示装置Ｓは、図４に示すように、対象物に生じたクラック部位を撮影した画像データを取得する画像データ取得部２と、予め複数の異なる基調色に対応する線形式が記憶されている記憶部４と、取得した画像データに基づいてクラック部位のＣＩを算出し、算出結果（実測データ）を上述した線形式にあてはめてクラックの幅を推定し、そのクラックの幅に応じて色分けしてクラック部位に重畳して表示制御する制御部５と、取得した画像データ及びクラックの幅に応じて色分けした線形図を表示する表示部８と、を備えている。
この制御部５は、取得した画像からクラック部位を特定するクラック特定部と、特定されたクラック部位におけるＣＩを算出する算出部と、特定されたクラック部位のクラックの幅を推定する推定部と、クラックの幅に応じて色分けした線形図を取得した画像上に重畳して表示制御する表示制御部と、を備えている。なお、制御部は、本願の実測データ取得手段、クラック推定手段、及びクラック表示手段として機能する。
また、制御部５は、各部を統括的に制御するものであって、例えば、コンピュータとして、演算機能を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等により構成されている。そして、例えば、ＣＰＵが、ＲＯＭなどに記憶されたクラック表示プログラム等の各種プログラムを読み出し実行することにより、コンピュータが本願のクラック表示装置として機能するようになっている。なお、クラック表示プログラムとは、取得した画像データに基づいて制御部が行う処理プログラムであって、取得した画像データに基づいてクラックの幅を推定するとともに、そのクラックの幅に応じて色分けした線形図を表示部に表示するためのプログラムである。
画像データ取得部２は、クラック部位を撮影した画像データを取得して、特定部に出力し、特定部は、取得した画像データに基づいてクラック部位を特定する。
特定部は、取得した画像データの画素毎に濃淡レベルの差を検出することでクラックの有無を判断し、その結果を算出部に送信する。そして、クラックを有すると判断された点の集合を結線することでクラック部位が線形図として表示可能となる。
また、画像中のすべての範囲の濃淡レベルを検出する場合、膨大な時間を要するため、例えば、図６に示すように、ユーザによって、画像中に表示されるクラックの屈曲点Ａ１〜Ａ６が指定され、その屈曲点Ａ１〜Ａ６を基準とした規定の範囲（例えば、１０ｍｍ程度）を探査幅（図６中に示す上下に示す二点鎖線によって示される領域）としてその探査幅内の各ピクセルの濃淡レベルを検出することで、時間の短縮と、コンピュータの負荷を軽減することが可能である。
算出部は、クラック部位のＣＩを算出し、算出結果を推定部に出力する。推定部は、算出結果（ＣＩ）を所定の線形式にあてはめることで各クラック部位のクラックの幅を推定する。なお、当該線形式は、制御部の指示によって読み出される。
例えば、あるクラックにおいて、ＣＩの算出結果が４０であり、クラック部位の背景色が灰色に近似している場合には、基調色が灰色の線形式を用いることでクラック幅は０．５ｍｍと推定可能である。
そして、表示部８は、推定したクラックの幅を予め規定された所定の範囲で色分けして、特定したクラック部位に色分けした線形図を表示する。
（クラック表示装置の動作）
次に、本実施形態のクラック表示装置Ｓの動作例について、制御部５を主体として説明する。
次に、本実施形態のクラック表示装置Ｓの動作例について、制御部５を主体として説明する。
まず、ユーザが、対象物に生じたクラックをデジタルカメラ等を用いて撮影し、その画像データを画像データ取得部に出力することで制御部５によって実行される。
制御部５は、取得した画像データを表示部８に表示する。ここで、ユーザにより、表示部８に表示されるクラックの屈曲点Ａ１〜Ａ６が指定されることで、特定部によってクラックの有無が判断される範囲が特定される。なお、この範囲は予め規定されていても良いし、ユーザによって指定できるようにしても良い。
次に、特定部は、画像中の各画素の濃淡レベルの差によりクラック部位を特定し、算出部によって、当該クラック部位におけるＣＩが算出される。
次に、推定部は、記憶部４から線形式を読み出し、当該算出されたＣＩを当該線形式にあてはめてクラックの幅を推定する。なお、線形式は、記憶部４に記憶されている複数の線形式の中から画像の背景色と最も近似する基調色に対応する線形式が選択される。この選択は、ユーザによって選択されても、画像中の背景色の階調値を検出して自動的に選択されても良い。
次に、表示部８は、推定したクラックの幅に応じて色分けした線形図をクラック部位に重畳して表示する。色分けは、予め規定されたクラックの幅に対応して処理される。例えば、０．２ｍｍ未満、０．２〜０．５ｍｍ未満、０．５〜１．０ｍｍ未満、１．０以上の４つの区分に区分けされて、それぞれの区分に応じて黄色Ｙ、緑色Ｇ、青色Ｂ、赤色Ｒが表示されるようにデータベースが記憶部４に記憶され、必要に応じて制御部５によって読みだされる。
このようなクラック表示装置Ｓによれば、図７に示すように、例えば、表示部８に示される画像中にクラック部位を示す線形図１２が色分けされて黄色Ｙ、緑色Ｇ、青色Ｂ、赤色Ｒの４色で表示されるため、ユーザは、構造物に生じているクラック状態を容易に把握することが可能となる。また、重大な損傷部位と軽微な損傷部位とをひと目で把握することができる。
なお、本実施形態は一形態であって、この形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、色分けされた線形図が表示されるのみであるが、図７に示すように、ユーザによって当該線形図１２の一部が選択されることで、その選択された箇所のクラックの幅を示す値（例えば、２．０）がポップアップ表示されるように構成しても構わない。
Ｓ クラック表示装置
５ 制御部
５ 制御部
Claims (3)
- 基準となるクラックが異なる基調色に応じて表示されているクラックシートの各クラックを光学的撮影装置により撮影した画像データから、基調色に応じた各クラックの両側の規定された範囲の幅内の各画素の階調値と濃淡分布の幅で示される面積で表される指標データを取得し、この指標データに基づいて、各クラック幅と前記指標データとの関係を示す線形式を取得する線形式取得工程と、
被写体に生じているクラック部位を光学的撮影装置により撮影した画像データから、クラック部位の両側の規定された範囲の幅内の各画素の濃淡レベルの差を検出してクラック部位を特定するとともに、前記クラック部位の両側の規定された範囲の幅内の各画素の階調値と濃淡分布の幅で示される面積で表される実測データを取得する実測データ取得工程と、
前記線形式を用いて、前記実測データから前記クラック部位におけるクラックの幅を推定するクラック推定工程と、
を具備することを特徴とするクラック検出方法。 - 基準となるクラックが異なる基調色に応じて表示されているクラックシートの各クラックを光学的撮影装置により撮影した画像データから、基調色に応じた各クラックの両側の規定された範囲の幅内の各画素の階調値と濃淡分布の幅で示される面積で表される指標データを取得し、この指標データに基づいて、各クラック幅と前記指標データとの関係を示す線形式を記憶する記憶手段と、
被写体に生じているクラック部位を光学的撮影装置により撮影した画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段により取得した画像データから、クラック部位の両側の規定された範囲の幅内の各画素の濃淡レベルの差を検出してクラック部位を特定するとともに、前記クラック部位の両側の規定された範囲の幅内の各画素の階調値と濃淡分布の幅で示される面積で表される実測データを取得する実測データ取得手段と、
前記線形式を用いて、前記実測データから前記クラック部位におけるクラックの幅を推定するクラック推定手段と、
前記クラック部位に前記クラックの幅を表示するクラック幅表示手段と、
を具備することを特徴とするクラック表示装置。 - 前記クラック幅表示手段は、クラックの幅を色分けした線形図として表示することを特徴とする請求項２に記載のクラック表示装置。
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