JPH02298837A

JPH02298837A - 気泡組織測定方法

Info

Publication number: JPH02298837A
Application number: JP12087689A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ayuta; 鮎田　耕一; Hiroshi Sakurai; 宏桜井; Heizaburo Igari; 猪狩　平三郎; Kanichiro Tanabe; 田辺　寛一郎; Katsuyasu Aikawa; 相川　勝保; Koji Kobayashi; 小林　功次
Original assignee: Nireco Corp
Current assignee: Nireco Corp
Priority date: 1989-05-15
Filing date: 1989-05-15
Publication date: 1990-12-11
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPH076921B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は表面に気泡を有する試料の気泡組織測定方法に
係わり、特に硬化コンクリートの気泡組織を短時間に測
定する方法に関する。

〔従来の技術〕

コンクリート構造物の耐凍害性確保のためには、適切な
エントレインドエアがコンクリートに連行されているこ
とが必要である。そのため、一般にはフレッシュコンク
リートの空気量を測定することにより品質管理を行って
いる。しかし、耐凍害性を得るためには、空気量そのも
のより気泡の間隔が重要であることから、耐凍害性を厳
密に判断するためには、硬化コンクリート中の気泡組織
を求めることが必要になる。

硬化コンクリート中の気泡組織を調べるために、一般に
行われている方法はＡ３７ＭＣ４５７のポイントカウン
ト法あるいはリニアトラバース法である。これらの方法
は、コンクリート断面を実体顕微鏡下で観察・測定する
ものであるが、測定に長時開方・かり測定者に相当な根
気が要求される、この方法の欠点を解消する目的で、画
像解析による方法が近年試みられている。

（Ｓ、Ｃｈａｔｔｅｒｊｉ　　ａｎｄ　Ｈ，Ｇｕｄｍｕ
ｎｄｓｓｏｎ　　；　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏ
ｎ　　ｏｆ　Ｅｎｔｒａｉｎｅｄ　　Ａｉｒ　　Ｂｕｂ
ｂｌｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　　ｉｎ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　　
ｂｙ　ＭｅａｎＳｏｆ　　ａｎＩｍａｇｅ　　Ａｎａｌ
ｙｓｉｎｇ　　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ＋　　Ｃｅｍｅｎ
ｔａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ＋　Ｖ
ｏｌ、Ｌ　Ｎｏ、　４　、　ＰＰ　−４２３〜４２８（
１，９７７）　、原画克己外２各；画像解析装・　置を
用いた硬化コンクリート中の気泡組織測定方法、セメン
ト・コンクリート、Ｎｏ４７１、ｐｐ２２〜２８（１９
８６）　、太田利隆外３名；自動画像解析システムを用
いた硬化コンクリートの気泡パラメータの測定方法につ
いて、第８回コンクリート工学年次講演会論文集、ｐｐ
３８９〜３９２　（１９８６）　）これはテレビカメラ
から入力した画像をコンピュータによって処理する方法
であり、ＡＳＴＭの方法に比べて測定者に係わる負担は
大幅に減少される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記方法の場合、テレビカメラで得た画像から
直接コンクリート中の気泡を正確に判断するのは困難で
あり、気泡とその外の箇所を区別するために、試料にあ
らかじめ二値化処理を施す必要がある。処理の方法とし
ては、コンクリート表面の気泡の中に白色の溶剤を詰め
、気泡以外の部分には、黒色のペイントを塗る方法が一
般的である。このため、ＡＳＴＭ法に比べて測定そのも
のに係わる時間が短縮されたとしても、二値化のための
前処理に時間を要し、実質的な試験時間の短縮にはなら
ない欠点を持っている。また、測定対象の気泡が極めて
小さいため、取り込む画像の視野を数Ｉ程度と狭（する
必要があり、コンクリートの気泡＆Ｉｌｖ＆を正確に求
めるためには測定視野数を数百としなければならず、画
像解析装置を用いても抜本的な測定時間短縮には必ずし
もつながらなかった。

本発明の目的は、試料の表面に複数の方向から光を１方
向づつ照射して画像を取り入れ、この各画像の明るさの
差異から短時間に気泡組織を測定する方法を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、気泡組織に複数の方向から
光を１方向づつ照射してその各反射光を測定し、比較し
てその差を検出すればよく、本発明の気泡組織測定方法
は、表面に気泡を有する試料あ面に複数の方向から１方
向づつ光を照射して各照射方向毎の画像を取り込み、前
記各画像の同一位置における明度差から気泡を測定する
ことを特徴とするものである。また、前記複数の方向を
３方向とするとよい。また、前記試料としてコンクリー
トを用いるとよく、この場合、まずコンクリートの前記
試料の面を骨材領域とセメントペースト領域に区分し、
次にセメントペースト領域のみの気泡測定を行うとよい
。

〔作　用〕

試料の表面に気泡組織がある場合、ここに複数の方向か
ら１方向づつ、光を照射すると、その反射光の明るさは
、気泡部が試料の表面から陥没した形状であるため、互
いに異なったものとなる。この明るさの差、つまり明度
差によって気泡を測定することができる。これを３方向
から光を照射した場合につき第１図を用いて説明する。

第１図は、試料の表面にある気泡を半球と仮定し、この
−横断面上において真上、右斜め、左斜めから同じ照度
の光を照射した図である。（ａ）図は気泡の形状と光の
方向を示す。（ｂ）図は真上から光を照射した場合の明
るさく明度）の分布と影のできかたを示す、明度はその
大きさをＯから２５５までの２５６段階のレベルで示す
、ＵＰは気泡外のある位置の明度でありｕｐは気泡のあ
る位置における明度である。またこの場合は影はできな
い。（Ｃ）図は光を右斜めから照射した場合の明度分布
と影のできかたを示す。ＲＰ、ｒｐは（ｂＪ図と同一位
置の明度である。（ｄ）図は光を左斜めから照射した場
合の明度分布と影のできかたを示す。ＬＰ、Ｉｐは（ｂ
Ｊ図と同一位置の明度である。ここで（ｂ）、　（Ｃ１
，（ｄ）図を比較した場合、気泡部以外の明度例えば、
ＵＰ。

ＲＰ、ＬＰは同一レベルであるが気泡部分では同一場所
でも光の照射方向によりｕｐ＋ｒｐ＋Ｉｐ＋　のように
明度のレベルは異なっている。これによって気泡を測定
することができる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第９図を用いて説明
する。

第２図は本発明を実施する画像解析処理装置のブロック
図を示す、第２図において、■は測定の対象となる試料
で、本実施例ではＬｏａｍ角のコンクリートでありコン
クリート表面は前処理はしない状態である。２は試料１
の振動を防止する除振台、３は試料１を搭載した状態で
２次元移動を行うＸＹステージ、４はＸＹステージ３の
移動を制御するｘＹステージ制御装置、５は試料１の上
下方向の位置を制御して最適の焦点となるようにする自
動焦点機構、６は自動焦点機構５を制御する自動焦点制
御装置、７は試料１の気泡を測定するミクロ用カメラ、
８は試料１の骨材領域とセメントペースト領域を識別す
るマクロ用カメラ、９．１０はそれぞれミクロ用カメラ
７、マクロ用カメラ８のカメラコントロール部、１１は
ミクロ用カメラ７とマクロ用カメラ８とを切替えるビデ
オ切替部、１２は試料１に対する照明装置で、試料１の
上面に左右からの斜光と真上からの光を当てるため３個
のライトを装備している。１３はミクロ用カメラ７、マ
クロ用カメラ８からの画像を処理すると共にＸＹステー
ジ制御部４．自動焦点制御装置６．ビデオ切替部１１を
制御する画像処理装置、１４は画像処理装置１３を制御
するパーソナルコンピュータ１、・１１５はパーソナルコンピュータ１４のプログラムや画像
処理装置１３の測定データを記録するマイクロディスク
やフロッピーからなる二次記憶装置、１６は画像処理装
置１３の測定データ等を出力するプリンタである。

次に本装置による硬化コンクリートの気泡組織の測定方
法について説明する。

画像解析システムによる硬化コンクリートの気泡組織の
測定は、コンクリート供試体の切断面全体の画像でセメ
ントペースト領域と骨材領域を分離するマクロ測定と、
切断面を拡大した画像で気泡組織の測定を行うミクロ測
定に分かれる。

（１）マクロ測定マクロ測定は、テレビカメラから取り込まれた濃淡画像
を二値化処理した画像を基にして行われ濃淡画像とは、
テレビカメラから入力されたテレビ信号をｌｌｊ素（画
像の構成要素）ごとに、その濃さによってデジタル化（
例えば、白をＯＮ、黒を“２２５”とし、２５６段階に
分ける）して取り込んだものである。二値化はこの“０
″から“２５５″の間で任意の値を設定し、設定値より
上を“ｌ”、下を“０”とすることにより行う。

二値化処理では、取り込んだ硬化コンクリート切断面の
濃淡画像を骨材領域とセメントペースト領域とに二値化
する。つまり、２５６段階の濃さの中から骨材と判断さ
れる部分（骨材領域）とそうでない部分（セメントペー
スト領域）が適切に判別されるような値を調整し、骨材
領域を黒（１）、セメントペースト領域を白（０）に分
ける。

ここで試料を横切るある任意の直線上の濃淡を次のよう
に想定する。直線の長さの単位は画素である。

二値化処理では設定した二値化レベルより上を１、それ
より下を０とし、濃淡画像を単純化する。

これを第３図を用いて説明すると二値化レベルより上の
部分が骨材領域で、二値化レベルより下の部分がセメン
トペースト領域である。

しかし、この方法はすべての判断を色の濃淡によって行
うため、白っぽい色の骨材、水晶などが混じった骨材は
骨材として認識されにくいので、手動による修正が必要
となる。

（２）　　ミクロ測定ミクロ測定は、視点を１つとして対象に３つの異なった
方向から１方向ずつ同じ照度の光を当てて３枚の画像を
取り込み、３枚の画像に対応する同一点の３つの明るさ
く明度）の差からその点の位置を計測するものである。

ここで、画像上の点に対応する対象上の点における光の
反射率は一定であると仮定している。対象部分が完全拡
散反射面の場合に３つの異なった方向からの光の反射光
が等しい明るさになるためには、投射角のＣ０５ＩＮＨ
に反射比例し、距離の２乗に反比例した強さの光源が望
ましい。

この原理は、ある領域を持つ斜面の一点に３方向から異
なった角度で同じ照度の光を１方向ずつ当てた場合、固
定された視点からはその点はそれぞれ違った明るさに見
えるということを応用している。

ここで硬化コンクリート中の気泡について次のように想
定する。コンクリート面上の全ての点における光の反射
率は一定であると仮定し、第１図で説明したように真上
、右斜め、左斜めの３方向から１方向ずつ照明を当てて
、視点は真上とし、明度はその大きさを０から２２５ま
での２５６段階のレベルで表す。この３枚の図を合わせ
て見た場合、気泡以外の部分は明度のレベルが同じであ
るが、気泡部分で影のできた部分は明度のレベルが小さ
くなり、気泡以外の部分のデータと異なっていることが
解る。　　　　　　　・次に、気泡を判別するための二値化画像は次のように得
る。いま、上、右斜め、左斜めから光を当てた場合の明
度を表すのに第４図に示す三次元座標を用いる。１つの
座標軸に１つの光の方向が対応し、座標軸の大きさは明
度のレベルの値である、０から２５５である。三次元座
標の（１，０゜０）、（０，１，０）、（０，０，１）
を頂点とする三角形（１１１）平面を考える。また、こ
こで３つの座標の値が全て同一の点（例えば座標（１，
１，１，）点）を通るベクトルを考え、これを基準ベク
トルとする。

第１図で気泡内の任意の点における上、右斜め、左斜め
から光を当てた時の明度レベル、Ｕρ＋　ｒｌ’＋ｌｐ
をこの座標系にのせ、（０，０，０）を起点とするベク
トルをつ（る。

ここで、（１１１）平面とベクトル（ｕｐ、ｒＰ、１ｆ
ｌ）が交わる点（明度点と称する）ができるので、基準
ベクトルが（１１１）平面と交わる点（基準点と称する
）を起点とする明度点までのベクトル（明度ベクトルと
称する）をつくることができる。

この明度ベクトルの大きさで気泡を判別する。

この明度ベクトルが大きければ大きいほどそれは気泡で
ある可能性が大きいことになる。逆に、こ、の明度ベク
トルが小さければそれは気泡である可能性は小さいとい
える。第１図の気泡以外の部分における明度レベル、Ｕ
Ｐ、ＲＰ、ＬＰは同一のため基準点を通ることになり、
気泡である可能性はほとんどないといってよい。したが
って、以上のことからある程度以上の明度ベクトルを持
つ点を気泡と考えればよいことになる。

ここで、第５図に示すように三角形（１１１）平面の３
つの頂点に基準点から引いた直線を、それぞれ基準点を
起点としてＯから２５５まで２５６段階のレベルに分割
し、３つの直線上の同じレベルの点を結ぶと、この三角
形平面内を基準点を中心として２５６段階にレベルづけ
することができる。

これが二値化レベルで、明度レベルｔｌｐ＋　ｒＰ＋　
’ｐをもつ点の明度ベクトルはその大きさにより、この
レベルで表される。そして、その明度ベクトルの一定の
レベルより上のレベルを１、下のレベルを０として二値
化すれば、その明度ベクトルを持つ試料上の点は気泡と
して判断される。これが二値化処理である。

したがって、試料上の測定範囲の全ての点を気泡部分と
気泡以外の部分に分ける際、気泡部分が明確に判別でき
る二値化レベルを設定しておけば、この二値化レベルよ
り上の明度ベクトルのレベルを持つ点は気泡として認識
されることになる。

この二値化処理のためのレベルの設定は、ディスプレイ
上で画像を参照しながら調節することができる。

以上の濃淡画像の処理は、カラー画像を処理するカラー
解析を応用したものである。

カラー画像は、画像を構成する１画素毎にＲ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）の光の３原色を合成したものからなる
。Ｒ，Ｇ、Ｂの各色はそれぞれ０から２５５まで２５６
段階の濃さのデータを持ち、その３色の混ざり具合で色
を表す。また、３色の濃さのデータがすべて同じときは
モノクロになる。

したがって、例えばＲとＧの濃さのデータが同じでＢの
データがほかのＲとＧのデータより大きい場合、ＲとＧ
及びＢのＲ，Ｇと同じデータの分は合成されてモノクロ
になるのでＢの突き出した部分が残って色は青っぽくな
る。また逆にＢがほかのＲ，Ｇのデータより小さい場合
、表される色はＲとＧが混ざった色になる。

カラー解析とは、Ｒ，Ｇ、Ｂの濃さのデータをＩＨＰ処
理して輝度５色相、純度のデータに変換することである
。Ｉ　ＨＰ処理はＲ，Ｇ、Ｂのデータを第４図のように
３次元座標にのせ、（１１１）平面を考える（第６図）
。座標原点から座標（１，１，１）を通る直線がこの平
面と交わる点を白黒点とする。

純度とは３原色の混ざり具合を表しており、第５図の明
度ベクトルのように白黒点を起点とした、Ｒ，Ｇ、Ｂの
データでつくられるベクトルが（１１１）平面と交わる
点とのベクトルで表される。純度のレベルは白黒点から
３角形の頂点に引いた直線を白黒点Ｏとして２５６分割
し、３つの直線上の同じレベルの点を結んで三角形平面
内を白黒点を中心として２５６段階にレベルづけして表
される。

色相とは、白黒点から三角形のＲ（赤）に引いた直線を
基準としてＲ−Ｇ　−Ｂ−Ｒ・・・・−の方向で純度の
ベクトルとなす角度のことである。これは３原色で表さ
れる色がどの色に偏っているかを表すものである。色相
のレベルは、３６０度を２５６分割したもので表される
。

輝度とは、３次元座標上で座標原点を起点としてＲ，Ｇ
、Ｂのデータでつ（られた座標点に引かれたベクトルの
大きさで表される。輝度のレベルは座標点から座標（２
５５，２５５，２５５）に引かれたベクトルを座標原点
を０として２５６分割した長さで表される。

本気泡組織測定のための画像解析システムではこのカラ
ー解析のＲ，Ｇ、　　Ｂのデータの代わりに、上、右斜
め、左斜めから１方向ずつ光を当てた時の濃淡画像のデ
ータを処理している。したがって、カラー解析の色相及
び輝度は気泡の判別には役に立たず、純度のみが有効で
ある。

ミクロ測定は数多くの視野を対象に行わなければならな
いが、最初に設定した二値化レベルで画像を処理しなが
ら測定終了までオートステージ上で自動的に繰り返され
る。また、あるミクロ測定の視野で、マクロニ値画像に
よりその測定範囲が１００％骨材領域であると判断され
たところは、測定を行わずに自動的に次の視野に移動す
る。

次に測定例を説明する。

試料のコンクリートは１０ｃｍ角の大きさで、マクロ画
像の測定範囲は９Ｘ９ｃｍ、ミクロ画像の測定範囲は６
Ｘ６ｍｍである。用いたコンクリートのフレッシュ時の
空気量は４．６％である。

第７図に気泡組織を二値化した画像を示すやごの二値化
ミクロ画像から気泡組織を求めるには次の３通りの方法
を用いた。

（１）ＡＳＴＭのリニアトラバース法に準じたものであ
り、画像にトラバース線を設定し、その線が横切った気
泡の数、長さなどから気泡組織を求める。

（２）　　Ａ　Ｓ　Ｔ　Ｍの修正ポイントカウント法に
準じたものであり、画像にポイントを設定し、ポイント
と重なった気泡の数などから気泡組織を求める。

（３）画像から直接得た気泡の数、面積などから気泡組
織を求める。

第８図に上記３つの方法で求めた測定結果を示す、同図
には比較のために行ったＡＳＴＭの修正ポイントカウン
ト法による結果も示している。第８図における（１）、
　（２）、　（３）は上記の３つの方法の（１）、　（
２）、　（３）を表しく４）はＡＳＴＭの修正ポイント
カウント法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｐｏ１ｎｔ　−Ｃｏｕ
ｎｔ　　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆＡＳＴＭ）を表している。

なおこの（４）の方法のセメントペースト容量は配合か
ら求めたものである。

第９図は測定した気泡の大きさの分布を示す。

横軸は、気泡の直径を示し、縦軸は、頻度を％で示す。

第８図、第９図により、本画像解析装置によって得られ
たコンクリートの気泡組織は、相当信頼度の高いもので
あることがうかがえる。

画像解析に要した時間は、３方法いずれによっても１時
間程度であり、かつ最も時間を要するミクロ画像の取り
込み、処理時間は自動的に測定が行われるので、測定者
が拘束される時間は一測定につき、わずか２０分程度で
ある。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、試料
に複数の方向から光を一方向づつ当てて、その反射光を
解析することにより気泡組織を短時間に精度よく測定す
ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す説明図、第２図は本発明を
実施する画像解析装置のブロック図の一例を示す図、第
３図はコンクリートの骨材領域とセメントペースト領域
を二値化処理する説明図、第４図は照度ベクトルの説明
図、第５図は照度ベクトルを二値化処理する説明図、第
６図はカラー解析の説明図、第７図は気泡組織を二値化
した画像の一例を示す図、第８図は実施例の測定結果を
示す図、第９図は実施例の気泡分布を示す図である。１−−一試料　２−−一除振台　３−−−ＸＹステージ
４−−−ＸＹステージ制御装置５−−一自動焦点機構　６一−−自動焦点制御装置７−
−−　ミクロ用カメラ　８−ｍ−マクロ用カメラ９．１
０−一一カメラコントロール部１１−−−ビイデオ切替部　１２−ｍ−照明装置１３−
−−画像処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面に気泡を有する試料の面に複数の方向から１
方向づつ光を照射して各照射方向毎の画像を取り込み、
前記各画像の同一位置における明度差から気泡を測定す
ることを特徴とする気泡組織測定方法。
（２）前記複数の方向を３方向としたことを特徴とする
請求項１記載の気泡組織測定方法。
（３）前記試料としてコンクリートを用いたことを特徴
とする請求項１または２記載の気泡組織測定方法。
（４）コンクリートの前記試料の面を骨材領域とセメン
トペースト領域に区分し、セメントペースト領域のみの
気泡測定を行うことを特徴とする請求項３記載の気泡組
織測定方法。