(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像処理により堆積岩である岩の性状を判定する方法であって、
撮影手段により前記岩を撮影し、前記撮影したデジタル画像の各画素の濃度を示すグレースケール値を求めるグレースケール値取得ステップと、
前記グレースケール値に基づいて、濃度ごとの画素数を求める画素数取得ステップと、
前記求めた濃度ごとの画素数において最大度数となる最大度数濃度を求める解析ステップと、
前記最大度数濃度が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とする岩の性状の判定方法。
【請求項２】
請求項１記載の岩の性状の判定方法であって、
前記グレースケール値取得ステップでは、蛍光灯で照射しながら前記岩を撮影するとともに、前記蛍光灯による照度を測定し、
前記解析ステップでは、前記最大度数濃度を求めた後、当該求めた最大度数濃度を前記測定した照度に基づき補正することを特徴とする岩の性状の判定方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の岩の性状の判定方法であって、
前記撮影手段は外部からの光の入射を遮断するためのケース内に設けられていることを特徴とする岩の性状の判定方法。
【請求項４】
請求項１から３のうち何れか１項に記載の岩の性状の判定方法であって、
記閾値は、前記岩盤をボーリングしてコア試料を取得し、前記取得したコア試料の複数の深度について、グレースケール値取得ステップ、画素数取得ステップ、及び解析ステップを行って、最大度数濃度を求め、前記求めた各深度の最大度数濃度に基づき決定することを特徴とする岩の性状の判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、堆積岩である岩について骨材として利用するための耐久性などの性状を画像処理により判定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、大規模構造物を構築する際には、構造物を支持する岩盤が十分な強度を有するか否かを調査する必要がある。また、ダムなどのコンクリート構造物を構築する際に、現地の岩盤を掘削して得られた骨材を用いる場合には、岩石が十分な耐久性を有するか否かを調査する必要がある。かかる岩石の性状の調査方法として、岩石の色調や特徴などを目視で観察する方法が用いられている。しかしながら、このような目視による調査方法では、地質の専門家が行う必要があるため、コストの増加をもたらす。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１には、かかる岩盤の地質情報の調査を簡易に行うべく、岩盤を撮影した画像の画素に基づいて、色ベクトルを求め、この色ベクトルに基づいて、地質を調査する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２―９９８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ダムサイト等の大規模掘削現場の堆積岩の岩盤内には、骨材として利用したり、上部に構造物を構築したりするのに対して、耐久性や強度の面から適した地層と、適していない地層とが含まれることがある。しかしながら、これらの地層は色調が同系色となるため、特許文献１記載の方法では、これら骨材としての適否を判定することができない。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、同系色の地層であっても、その性状を判定できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の岩の性状の判定方法は、画像処理により堆積岩である岩の性状を判定する方法であって、撮影手段により前記岩を撮影し、前記撮影したデジタル画像の各画素の濃度を示すグレースケール値を求めるグレースケール値取得ステップと、前記グレースケール値に基づいて、濃度ごとの画素数を求める画素数取得ステップと、前記求めた濃度ごとの画素数において最大度数となる最大度数濃度を求める解析ステップと、前記最大度数濃度が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とする。
ここで、上記のグレースケール値における濃度は、白色に近いほど高い値をとり、黒色に近いほど低い値をとるものである。
【０００８】
また、前記グレースケール値取得ステップでは、蛍光灯で照射しながら前記岩盤を撮影するとともに、前記蛍光灯による照度を測定し、前記解析ステップでは、前記最大度数濃度を求めた後、当該求めた最大度数濃度を前記測定した照度に基づき補正してもよい。
また、前記撮影手段は外部からの光の入射を遮断するためのケース内に設けられていてもよい。
【０００９】
また、前記閾値は、前記岩盤をボーリングしてコア試料を取得し、前記取得したコア試料の複数の深度について、グレースケール値取得ステップ、画素数取得ステップ、及び解析ステップを行って、最大度数濃度を求め、前記求めた各深度の最大度数濃度に基づき決定してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、堆積岩を撮影したデジタル画像データをグレースケールに変換し、その画像データの最大度数濃度に基づき判定を行うため、堆積岩からなる同系色の地層においても、客観的に岩の性状を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態において判定の対象となる地盤を示す断面図である。
【図２】本実施形態の岩の耐久性の判定方法に用いられる判定システムを示す構成図である。
【図３】蛍光灯による照度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図４】試料１、２についての異なる照度における最大度数濃度を示すグラフである。
【図５】砕石を骨材として利用できるか否かを判定する流れを示すフローチャートである。
【図６】画像解析部により作成された濃度ヒストグラムを示すグラフである。
【図７】最大度数濃度についての１０個の移動平均を示すグラフである。
【図８】亀裂や粘土脈がある場合の濃度ヒストグラムを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の岩の性状の判定方法の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、岩盤から切削した砕石がコンクリートの骨材として利用可能であるか否かを判定する場合を例として説明する。
図１は、本実施形態において判定の対象となる地盤を示す断面図である。同図に示すように、地盤は砂岩で構成されるＳｓ３層、Ｓｓ２層と砂質泥岩で構成されるＭｆｓ２層を有する。Ｓｓ層は目視によりＭｆｓ層との違いが容易に判定できる。Ｍｆｓ２層は、Ｍｆｓ２Ｕ層と、Ｍｆｓ２Ｌ層とに分けられ、Ｍｆｓ２Ｕ層は骨材として用いるのに十分な耐久性を有するが、Ｍｆｓ２Ｌ層は骨材として用いるのに十分な耐久性を有していない。このため、以下の説明ではＭｆｓ２層の骨材として利用可能な部分と、利用不可能な部分とを判別する（すなわち、Ｍｆｓ２Ｕ層と、Ｍｆｓ２Ｌ層との境界を判別する）ものとする。
【００１３】
図２は、本実施形態の岩の耐久性の判定方法に用いられる判定システム１０を示す構成図である。同図に示すように、判定システム１０は、岩盤撮影装置２０と、処理端末３０とにより構成される。
【００１４】
岩盤撮影装置２０は、水平断面が正方形状のケース２１と、このケース２１内の上部に設置されたデジタルカメラ２２と、ケース２１内に設定された蛍光灯２３と、照度計２４とにより構成される。なお、本実施形態では、デジタルカメラ２２として、約２５０万画素のものを用いるが、これによらず、適宜な画素数のものを選択すればよい。
【００１５】
ケース２１は、底部が開口しており、この開口２１Ａは、例えば、一辺１０ｃｍの正方形状を呈している。また、ケース２１の上部側面には、外部からデジタルカメラ２２を操作するための孔（不図示）が設けられており、この孔にはケース２１の内部に日光が入射しないようにラバーが取り付けられている。
【００１６】
蛍光灯２３は、下方の開口２１Ａを照らすように取り付けられている。照度計２４は、ケース２１の下部に取り付けられており、後述する撮影時における岩盤近傍の照度を測定することができる。
【００１７】
デジタルカメラ２２と処理端末３０とは、通信可能に接続されており、デジタルカメラ２２の撮影データは処理端末３０へ入力される。また、照度計２４と処理端末３０とも、通信可能に接続されており、照度計２４により測定された照度は処理端末へ入力される。
【００１８】
処理端末３０は、画像変換部３１と、画像解析部３２と、補正部３３と、画像出力部３４と、ディスプレー３５とを備える。
画像変換部３１は、デジタルカメラ２２から受信した画像データをグレースケールに変換する。
画像解析部３２は、グレースケールに変換された画像データについて、各画素の濃度（明度）を２５６階調で識別し、濃度ごとの画素数を求め、濃度ヒストグラムを作成する。
【００１９】
補正部３３は、照度計２４により測定した照度に基づき、以下に説明するように濃度ヒストグラムにおいて画素数が最大となる濃度（以下、最大度数濃度という）の補正を行い、図３に示すように、照度が１５００［Ｌｕｘ］時の最大度数濃度に換算する。これは、蛍光灯２３による照度が一定でないため、照度の影響により濃度が変化してしまうのを補正するためである。
【００２０】
以下、本実施形態における最大度数濃度の補正方法を説明する。
まず、発明者らは、蛍光灯２３による照度と経過時間の関係を調べるべく、点灯時からの照度の変化を照度計２４により測定した。図３は、蛍光灯による照度と経過時間との関係を示すグラフである。同図に示すように、蛍光灯２３の点灯後１時間程度は、時間の経過とともに測定される照度が急激に低下し、その後、照度の低下が緩やかになっている。このことから、可能な限り、撮影の１時間程度前から蛍光灯２３を点灯させておき、照度の補正を行う必要があることがわかる。
【００２１】
さらに、発明者らは、試料１：最も明るい色調の岩石試料、及び、試料２：最も暗い色調の岩石試料について、複数の異なる照度のもとでデジタルカメラ２２により撮影を行い、最大度数濃度を求めた。
【００２２】
図４は、実験結果を示すグラフである。同図に示すように、試料１、試料２ともに照度が高くなるとともに最大度数濃度も高くなる傾向が確認された。試料１、試料２について夫々、回帰直線を求めると以下の式のようになった。なお、式中のｘは照度［ＬＵＸ］をｙは最大度数濃度を示す。
試料１：ｙ＝０．０５４６ｘ＋８２．１３
試料２：ｙ＝０．０４７８ｘ＋７３．４１
【００２３】
上記の実験結果に基づき、最大度数濃度を以下の式により補正することとした。ただし、式中の０．０５１２の値は、上記の試料１、２についての回帰直線の式における傾き０．０５４６及び０．０４７８の平均値である。
最大度数濃度（補正後）＝最大度数濃度（測定値）＋照度補正値
照度補正値＝（１５００−計測時測定照度）×０．０５１２
なお、補正部３３による最大度数濃度の補正方法は、これに限らず、地層の種別ごとに異なる式により補正してもよく、適宜な方法を用いることができる。
【００２４】
図２に戻り、画像出力部３４は、補正部３３により補正された最大度数濃度をディスプレー３５に画像出力する。
【００２５】
以下、判定システム１０により砕石を骨材として利用できるか否かを判定する流れを説明する。
図５は、砕石を骨材として利用できるか否かを判定する流れを示すフローチャートである。同図に示すように、まず、ＳＴＥＰ１において、Ｍｆｓ２層まで地盤を切削し、切削した部分に露出した岩盤が褐色であるか否かを目視により判定する。岩盤が褐色であると判定された場合には、ＳＴＥＰ３において、褐色を呈している部分は風化しているため、骨材としては利用不可能であると判定する。なお、後述するように、通常、Ｍｆｓ２層は灰色を呈しているため、ＳＴＥＰ１における判定は、地質の専門家以外のものであっても行うことができる。
【００２６】
ＳＴＥＰ１において、褐色ではないと判定された場合には、ＳＴＥＰ２において、岩盤の表面をグラインダーにより一辺１０ｃｍ程度の正方形状に研磨する。そして、岩盤の研磨した面をブラシにより洗浄する。
【００２７】
次に、ＳＴＥＰ４において、岩盤撮影装置２０を岩盤に設置する。この際、ケース２１の開口２１Ａの縁を岩盤の研磨した部分に密着させる。
次に、ＳＴＥＰ５において、蛍光灯２３を点灯させた状態で、照度計２４により岩盤表面近傍における照度を測定する。なお、図３を参照して説明したように、蛍光灯２３による照度は、点灯後１時間程度の間は急激に低下するため、蛍光灯２３はデジタルカメラ２２による撮影の１時間程度前から点灯しておくとよい。
【００２８】
次に、ＳＴＥＰ６において、デジタルカメラ２２により岩盤表面を撮影する。デジタルカメラ２２により撮影された画像データは、処理端末３０に送信される。
次に、ＳＴＥＰ７において、画像変換部３１により、撮影された画像データをグレースケールに変換する。
【００２９】
次に、ＳＴＥＰ８において、画像解析部３２により、グレースケールに変換された各画素の濃度を２５６階調で識別する。そして、ＳＴＥＰ９において、図６に示すような、濃度ごとの画素数（以下、度数という）を求め、濃度ヒストグラムを作成し、最大度数濃度を求める。
【００３０】
次に、ＳＴＥＰ１０において、補正部３３により上記求めた最大度数濃度を、照度計２４により測定した照度に基づき補正する。そして、補正部３３により補正された最大度数濃度を画像出力部３４により、ディスプレー３５に画像出力する。
【００３１】
次に、ＳＴＥＰ１１において、作業員は、ディスプレー３５に表示された補正後の最大度数濃度と、予め設定された閾値とを比較する。本実施形態では、Ｍｆｓ２Ｕ層とＭｆｓ２Ｌ層との境界を定めるため、この閾値を１５０としている。そして、最大度数濃度が閾値（１５０）よりも大きい場合には、ＳＴＥＰ１２において、この岩盤はＭｆｓ２Ｕ層であり、骨材として利用可能であると判定する。また、最大度数濃度が閾値（１５０）よりも小さい場合には、ＳＴＥＰ１３において、この岩盤はＭｆｓ２Ｌ層であり、骨材として利用不可能であると判定する。
【００３２】
なお、ＳＴＥＰ１１における閾値は以下に説明するように設定する。
発明者らは、まず、図１を参照して説明した判定の対象となる地盤、又は、これと同様にＭｆｓ２Ｕ層及びＭｆｓ２Ｌ層を含む地盤についてボーリングを行い、コア試料を採取する。なお、以下の説明では、判定の対象となる地盤においてコア試料を採取したものとする。
【００３３】
そして、このコア試料の各深さの部位について上記説明したＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ１０を行って深さごとの最大度数濃度を求め、さらに、最大度数濃度について１０個の移動平均を求めた。図７は、最大度数濃度についての１０個の移動平均を示すグラフである。同図に示すように、最大度数濃度は、深度が深くなるにつれて振動しながら、低下しているが、特に、８ｍ付近、１８ｍ付近、２７ｍ付近において、大きく低下している。このため、０〜８ｍまでがＳｓ３層、８〜１８ｍがＭｆｓ２Ｕ層、１８〜２７ｍがＭｆｓ２Ｌ層、２７ｍ以深がＳｓ２層であると推定される。この時、Ｍｆｓ２Ｕ層とＭｆｓ２Ｌ層との境界深さ（１８ｍ）における最大度数濃度は１５０である。このため、Ｍｆｓ２層において最大度数濃度が１５０以上である場合には、骨材として利用可能なＭｆｓ２Ｕ層であるといえる。
【００３４】
なお、別途、地質技術者が調査した各層の境界深さを同図に重ねて破線により示す。地質技術者が調査した各層の境界は、上記の最大度数濃度に基づき求めた境界深さと略一致している。このことから、最大度数濃度に基づき推定した境界が妥当であることが確認された。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、同系色の地層においても、デジタルカメラ２２で撮影した画像データに基づき、骨材として利用可能な耐久性を有する岩盤であるか否かを判定することができる。これにより、地質技術者のような地質について専門的な知識を有する者でなくても、最大度数濃度に基づき客観的に骨材として利用可能であるか否かを判定することができ、手間およびコストを削減できる。
特に、砂岩や泥岩などの堆積岩からなる地層は同系色であるため、従来技術の欄に記載した目視などによる判定や色ベクトルに基づく判定は困難であるが、本実施形態によれば、確実に判定を行うことができる。
【００３６】
また、例えば、平均濃度に基づき判定を行う場合には、撮影範囲内に岩盤に亀裂がある場合にはこの部分が黒く撮影されるため、平均濃度が低く、また、粘土脈が存在する場合にはこの部分が白く撮影されるため、平均濃度が高くなってしまう。これに対して、本実施形態では、最大度数濃度を用いているため、一部に亀裂や粘土脈がある場合であっても、図８に示すように、ノイズとして判別されるので、これらの影響を受けずに判定することができる。
【００３７】
また、デジタルカメラ２２で撮影する際に照度計２４により照度を測定しておき、測定した照度に基づき補正部３３により最大度数濃度を補正することとしたため、蛍光灯２３による照度が時間の経過とともに変化した場合であっても、精度良く判定を行うことができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、予め、判定を行う岩盤についてボーリングによりコア試料を採取して、その深度方向の最大度数濃度の分布のみについて着目し、分布が大きく変化する領域を骨材として利用可能な耐久性を有するか否かを判定するための閾値としているが、これに限らず、予め、同様の地層について閾値を求めておき、その閾値を採用するものとしてもよい。
また、この閾値を決定する方法としては、判定を行う岩盤についてボーリングによりコア試料を採取し、このコア試料に対して強度試験を行い、最大度数濃度の分布と比較して閾値を決定する方法や、地質技術者が各層の境界を判定し、この境界内に含まれる岩石の閾値を求める方法などを採用することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、Ｍｆｓ２Ｕ層と、Ｍｆｓ２Ｌ層との判定を行う場合について説明したが、これに限らず、その他の地層の性状の判定を行う場合にも適用できるが、特に、泥岩又は砂岩等を含む堆積岩は同系色であるので、このような岩からなる地層について判定を行う場合に好適である。
【００４０】
また、本実施形態では、地盤を切削して得られた砕石が骨材として利用可能か否かを判定する場合について説明したが、これに限らず、例えば、大規模構造物を構築する際に、その基礎となる地盤が十分な強度を有しているか否かを判定する場合であっても、本発明を適用できる。
【００４１】
また、本実施形態では、地盤について判定を行う場合について説明したが、これに限らず、トンネル内において、壁面の判定を行う場合についても本発明を適用することができる。さらに、床材や壁材に用いられる建築用石材の品質管理などを行う場合にも本発明を適用できる。
【００４２】
また、本実施形態では、２５６階調により各画素の濃度（明度）を識別したが、これに限らず、その他の階調により識別してもよい。また、本実施形態では、撮影画像の各画素について濃度を求め、これに基づきヒストグラムを作成することとしたが、これに限らず、複数の画素の濃度の平均値を求め、これら複数の画素の濃度の平均値についてヒストグラムを作成してもよい。この場合には、これら複数の画素が特許請求の範囲における画素に相当する。
【００４３】
また、本実施形態では、ＳＴＥＰ１１において、作業員が判定を行うものとしたが、これに限らず、予め処理端末３０に判定部を設け、この判定部に閾値を設定しておき、処理端末により判定を行うものとしてもよい。
また、本実施形態では、ＳＴＥＰ５〜７において、デジタルカメラ２２により岩盤を撮影し、この画像データを処理端末３０によりグレースケールに変換したが、これに限らず、デジタルカメラ２２により撮影する段階においてグレースケールを含む画像データを取得してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  判定システム
２０  岩盤撮影装置
２１  ケース
２２  デジタルカメラ
２３  蛍光灯
２４  照度計
３０  処理端末
３１  画像変換部
３２  画像解析部
３３  補正部
３４  画像出力部
３５  ディスプレー
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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