(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径の管内を撮影して調査する管内調査装置であって、
撮影用魚眼レンズを有し、管内をスライド移動できるように形成されたカメラケース内に撮像センサ及び撮影情報処理部を収容するカメラヘッドと、
このカメラヘッドに接続されたハードケーブルと、
管の外側に設けられ、前記ハードケーブルを介して前記撮影情報処理部から送られる管内映像又は画像を表示するディスプレイと、
前記カメラヘッドに設けられ、このカメラヘッドの前記管内での周方向の傾きを検出する姿勢検出センサと、を備え、
前記撮影情報処理部は、前記姿勢検出センサが検出した前記周方向の傾きだけ前記撮像センサによる管内映像又は画像を周方向に傾かせた状態でこの管内映像又は画像を前記ディスプレイに送信し、また、前記管内映像又は画像の特定領域を拡大又は変形させた補正映像又は画像に、この特定領域を示す操作画面を付して前記ディスプレイに表示させる、ことを特徴とする管内調査装置。
【請求項２】
前記ディスプレイは、前記管内映像又は画像の管底が下端に位置するようにこの管内映像又は画像を表示する、ことを特徴とする請求項１記載の管内調査装置。
【請求項３】
前記操作画面の特定領域を移動させて前記補正映像又は画像を移動後の特定領域に対応させることができるように構成されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の管内調査装置。
【請求項４】
前記特定領域は、前記管内映像又は画像の中央の矩形領域と、前記管内映像又は画像の周辺部の扇形領域とを有している、ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の管内調査装置。
【請求項５】
前記扇形領域は外側円弧及び内側円弧を有している、ことを特徴とする請求項４記載の管内調査装置。
【請求項６】
前記矩形領域と対応する前記補正映像又は画像は、前記矩形領域の拡大映像又は画像であり、前記扇形領域と対応する前記補正映像又は画像は、前記扇形領域を長方形又は正方形に変形させた側視映像又は画像である、ことを特徴とする請求項４又は５記載の管内調査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小径の下水管やガス管などの小径埋設管、プラント配管又は地中に形成された小径のボアホールに挿入されているパイプなどの内部を撮影して調査する管内調査装置及びこの管内調査装置に用いられるカメラヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
大径又は比較的大径の埋設管の管内調査では、車輪などの走行手段を有するカメラ装置を管内で走行させて管内を撮影し調査しているが、小径の埋設管の管内調査では、このような走行手段を有するカメラ装置を管内に入れることができないので、管内をスライド移動できるように形成されているカメラケース内に例えばＣＣＤの撮像センサ及び撮影情報処理部を収容した内視鏡型のカメラヘッドを備える管内調査装置が使用されている。このカメラヘッドには電力・信号ケーブルが接続されているが、このケーブルはハードケーブルとして構成されていて、カメラヘッドをハードケーブルにより押し込んだり引き戻したりして管内でスライド移動させながら管内調査を遂行する。
【０００３】
このような押し込み型の管内調査装置に用いられるカメラヘッドは、管内をスライド移動する間、常に回転傾斜する（周方向に傾く、周方向に回転して傾く又はローリングする）おそれがある。したがって、このカメラヘッドのＣＣＤ等の撮像センサで得られた管内映像又は画像は、垂直方向が実際の天地方向（地軸）と一致していない映像又は画像あるいは管底が下端に位置せず、横に傾いて位置している映像又は画像となっている場合も多く、管内の正確な状況を瞬時に判断するには不便なものであった。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に開示されているように、カメラユニットをカメラケースに対して回転可能に構成するとともに、カメラケースが周方向に回転傾斜してもカメラユニットは回転しないようにカメラユニットに錘を取り付けておくといったカメラヘッドも用いられている。このようなカメラヘッドでは、カメラユニットの天地方向は常に実際の垂直方向又は地軸と一致していることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のようにカメラユニットを回転可能に構成すると構造が複雑となるし、可動部分は故障の発生個所となりやすい。
【０００７】
そこで本発明は、常に正しい向きの管内映像又は画像を表示することができ、しかもカメラヘッドは構造が簡単で故障が発生しにくいといった内視鏡型又は押し込み型の管内調査装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するための本発明の管内調査装置は、小径の管内を撮影して調査する管内調査装置であって、撮影用レンズを有し、管内をスライド移動できるように形成されたカメラケース内に撮像センサ（撮影カメラ）及び撮影情報処理部を収容するカメラヘッドと、このカメラヘッドに接続されたハードケーブルと、管の外側に設けられ、前記ハードケーブルを介して前記撮影情報処理部から管内映像又は画像を受け取り、受け取ったこの管内映像又は画像を表示するディスプレイと、前記カメラヘッドに設けられ、このカメラヘッドの前記管内での周方向の傾き、回転角度又はロール角を検出する姿勢検出センサと、を備え、前記撮影情報処理部は、前記姿勢検出センサが検出した前記周方向の傾き、回転角度又はロール角だけ前記撮像センサによる管内映像又は画像（例えば、直視映像又は画像、管の軸方向を向いて撮影した映像又は画像）を周方向に傾けた状態又は回転させた状態でこの管内映像又は画像を前記ディスプレイに送信するものである。姿勢検出センサは撮影情報処理の一部とすることができる。本発明では、撮像センサや撮影情報処理部はカメラケースに対して自由に回転できるようには設けられていない。したがって、カメラヘッド又はカメラケースが回転すれば撮像センサも回転するので、撮像センサの天地又は撮像センサによる管内映像又は画像の天地は鉛直方向又は地軸から傾いてしまう。ここで、撮像センサの鉛直方向又は地軸からの回転角度、回転傾斜角度、周方向の傾き又はロール角を計測し、撮像センサの管内映像又は画像を、計測した周方向の傾き、回転角度又はロール角だけ回転させれば、天地が鉛直方向又は地軸と一致している管内映像又は画像、管底が下端に位置する管内映像又は画像を表示することができる。
【０００９】
管内調査では側視方向（径方向外向き）の正確な管内映像又は画像を撮影することが必要となる。このような側視方向の管内映像又は画像の撮影は、撮像センサを径方向外側に向くように揺動させてから回転させることにより行われているが、撮像センサを揺動及び回転させるための機構は複雑であり、カメラヘッドの大型化を招いている。大きなカメラヘッドは細径の管内に入れることが困難なので、内視鏡型又は押し込み型の管内調査装置ではカメラヘッドの大型化は極力又はできるだけ避けなければならない。そこで撮影用レンズに魚眼レンズを用いるのが効果的である。魚眼レンズは１８０度以上の視野角又は１８０度を超える視野角のもの、例えば視野角１９０度のものを用いることができる。
【００１０】
ディスプレイに表示される管内映像又は画像（例えば、撮像センサによる管内映像又は画像）の特定の領域を指定するカメラコントローラを管の外側に設けておき、撮影情報処理部がカメラコントローラにより指定された領域を補正又は調整してディスプレイに表示させるように構成するのが好ましい。このように構成することにより、魚眼レンズを介して撮影された管内映像又は画像の特定部分を詳細かつ正確に表し、ユーザーにとって有用な管内映像又は画像を提供することが可能となる。
【００１１】
管内映像又は画像の指定された領域の遠近及びレンズ歪みを補正してディスプレイに表示するように構成すれば、又は管内映像又は画像の指定された領域の側視映像又は画像（例えば、領域が正面に位置するように径方向外側を向いて撮影した場合に得られる映像又は画像）を作成してディスプレイに表示するように構成すれば、管内面の状況の正確な把握に役立つ。指定された領域の側視映像又は画像は、領域の遠近及びレンズ歪を補正して作成することができる。
【００１２】
また、本発明のカメラヘッドは、小径の管内を撮影して調査する管内調査装置に用いるカメラヘッドであって、撮影用レンズを有し、管内をスライド移動できるように形成されたカメラケースと、このカメラケース内に収容された撮像センサ及び撮影情報処理部と、前記カメラケースに設けられ、このカメラケースの前記管内での周方向の傾き又は回転角度を検出する姿勢検出センサと、管の外側と前記撮影情報処理部との間で信号の送受信を行うための信号ケーブルの接合部と、を備え、前記撮影情報処理部は、前記姿勢検出センサが検出した前記周方向の傾き又は回転角度だけ前記撮像センサによる管内映像を周方向に傾かせた状態又は回転させた状態でこの管内映像又は画像を前記信号ケーブルに出力するものである。
【００１３】
本発明のカメラヘッドは、小径の管内を撮影して調査する管内調査装置に用いられるカメラヘッドであって、撮影用レンズを有し、管内をスライド移動できるように形成されたカメラケースと、このカメラケース内に収容された撮像センサ及び撮影情報処理部と、管の外側と前記撮影情報処理部との間で信号の送受信を行うための信号ケーブルの接合部と、を備え、前記撮影用レンズは魚眼レンズであり、前記撮影情報処理部は、前記撮像センサによる管内映像又は画像の特定の領域を補正又は調整して前記信号ケーブルに出力するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば簡単な構成で管内調査の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る管内調査装置の全体構成を示す図である。
【図２】カメラヘッドの拡大斜視図である。
【図３】カメラ本体の構成を示す図である。
【図４】魚眼レンズを通してＣＣＤセンサにより撮影されたガス管内の管内映像又は画像の回転処理を説明する図である。
【図５】画像処理部が魚眼映像又は画像を作成して出力する場合を説明する図である。
【図６】画像処理部が拡大映像又は画像を作成して出力する場合を説明する図である。
【図７】画像処理部が側視映像又は画像を作成して出力する場合を説明する図である。
【図８】側視映像又は画像の作成方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
まず、図１を参照して本発明に係る管内調査装置の全体構成を説明する。
【００１８】
管内調査装置１は、カメラヘッド３と、このカメラヘッド３に設けられたコネクタなどの接合部５（図５参照）に先端が接続された電力・信号ケーブル７と、この電力・信号ケーブル７を繰り出し可能に巻き取っている、支持フレーム９に回転可能に支えられたケーブルドラム１１と、この支持フレーム９に取り付けられ、電力・信号ケーブル７の後端がケーブルドラム１１の回転軸１３を介して接続された電源制御ボックス１５と、支持フレーム９に取り付けられ、電源制御ボックス１５に接続されたディスプレイ１７と、電源制御ボックス１５に接続されたカメラコントローラ１９と、を備えている。電源制御ボックス１５は電源・照明調節摘まみ２１を有し、この電源・照明調節摘まみ２１を操作することにより電源のオン・オフ及び照明（ＬＥＤ電球２３、図２参照）の明るさの制御を行うことができる。カメラコントローラ１９は、ディスプレイ１７に表示された又はディスプレイ１７に表示される管内映像又は画像の特定の領域を指定するための又は切り出すためのジョイスティック２５と、フィッシュアイボタン２７、ズ−ムボタン２９、ワイド（拡大）ボタン３１及びテレ（縮小）ボタン３３と、を備えている。電力・信号ケーブル７はカメラヘッド３を操作できるような硬さを有するハードケーブルであり、カメラヘッド３を例えばガス管３５内に入れて電力・信号ケーブル７で押し込んだり引き戻したりすることによりガス管３５内で移動させ、ガス管３５の内部を撮影していく。カメラヘッド３による管内映像又は画像は電力・信号ケーブル７を介してディスプレイ１７に送られて表示される。カメラコントローラ１９を操作してディスプレイ１７に表示されたガス管３５の内部の管内映像又は画像の関心領域を指定すること又は切り出すことができ、この関心領域の詳細映像又は画像をディスプレイ１７に表示させることができる。
【００１９】
ディスプレイ１７に管内のどの位置の映像又は画像が表示されているか又はカメラヘッド３が管内にどの程度押し込まれているかは電力・信号ケーブル７の繰り出し長さを計測することにより確認することができる。電力・信号ケーブル７の繰り出し長さの計測は、電力・信号ケーブル７と接触し、この電力・信号ケーブル７の繰り出しに追随して回転する回転検出ローラを有するロータリーエンコーダを電力・信号ケーブル７の繰り出し口に設けることにより行うことができるが、ケーブルドラム１１の一回転又は単位回転角度で繰り出される電力・信号ケーブル７の長さを求めておき、ケーブルドラム１１の回転数又は回転角度、したがってケーブルドラム１１の回転軸１３の回転数又は回転角度を検出することによっても行うことができる。ケーブルドラム１１の回転軸１３の回転数又は回転角度を検出するためには、例えば次のような構造を採用することができる。電力・信号ケーブル７の後端はケーブルドラム１１の回転軸１３内に引き込まれてこの回転軸１３に接続されているが、回転軸１３の端部にスリップリングを設けて電力・信号ケーブル７の電源線及び信号線を電源制御ボックス１５に接続する。また、スリップリングの外側にロータリーエンコーダを設け、このロータリーエンコーダの回転側である、スリットを有する回転ディスクをスリップリングの回転側の軸に固定し、ロータリーエンコーダの固定側である、発光素子及び受光素子を有する検出部を回転ディスクを挟むようにして設ける。そして、検出部が回転ディスクのスリットの通過を検出することによって回転側の軸の回転数（回転角度）、すなわちケーブルドラム１１の回転軸１３の回転数又は回転角度を検出し、電源制御ボックス１５に送信するように構成する。
【００２０】
このようにしてロータリーエンコーダによって検出されたケーブルドラム１１の回転軸１３の回転数又は回転角度に基づき電源・信号ケーブル７の繰り出し長さが算出され、ディスプレイ１７に管内映像又は画像とともに、例えば「０３．０ｍ」として表示される（図示せず）。
【００２１】
図２はカメラヘッド３の拡大斜視図である。
【００２２】
カメラヘッド３は、後端側にケーブル挿入孔（図示せず）が形成され、先端側開口３７に円形の支持部材３９が取り付けられた金属製のカメラケース４１と、このカメラケース４１の外周に固定されて前方に突出するように延びるガイド４３（ここでは周方向等間隔で４本のガイド４３が設けられている）と、支持部材３９の中央孔４５に取り付けられた透明の半球状のカバー４７と、支持部材３９の外周部の４箇所にそれぞれ設けられた複数の周辺孔４９に密封して取り付けられている複数のＬＥＤ電球２３と、支持部材３９の中央孔４５に臨むようにカメラケース４１に収容されたカメラ本体５１と、を備えている。ガイド４３の先端側は径方向内側に向って屈曲し、カバー４７を囲んで保護するように形成されている。電力・信号ケーブル７はケーブル挿入孔を通ってカメラヘッド３に接続され、カメラ本体５１やＬＥＤ電球２３に電力を供給したり、カメラ本体５１による管内映像又は画像をディスプレイ１７に送信する。カメラ本体５１は、視野角が１８０度以上（例えば１９０度）の魚眼レンズ５３（撮影用レンズ）及びＣＣＤセンサ５５（撮像センサ）と、撮影情報処理部（撮影情報処理装置）５７とを備え、撮影情報処理部５７は、カメラヘッド３の周方向の傾き、回転傾斜角度又はロール角（矢印Ｘ方向への傾き又は回転角度）を求めるための姿勢検出センサ５９及び画像処理部６１を有している（図３参照）。姿勢検出センサ５９としては、両側の固定電極の中央に可動電極を配置し、センサが周方向に傾くと可動電極が自重により一方の固定電極側に移動するように構成しておき、電極間の静電容量の変化により傾きの角度を演算する膜スプリングマス容量式のものを使用することができるが、３軸加速度センサを用いることもできる。
【００２３】
図３はカメラ本体５１の構成を示す図である。
【００２４】
画像処理部６１は、魚眼レンズ５３を通してＣＣＤセンサ５５により撮影されたガス管３５内の管内映像又は画像を姿勢検出センサ５９の検出結果に基づき回転処理する画像回転プログラムと、カメラコントローラ１９からの制御信号を受けて管内映像又は画像を補正又は調整する画像補正プログラムと、を実行し（プログラムはＲＯＭに格納され、ＲＡＭに展開されて実行される）、管内映像又は画像や補正又は調整映像又は画像をディスプレイ１７に表示させる。
【００２５】
図４は魚眼レンズ５３を通してＣＣＤセンサ５５により撮影されたガス管３５内の管内映像又は画像の回転処理を説明する図である。
【００２６】
ＣＣＤセンサ５５は、周方向に回転傾斜した状態、例えばカメラヘッド３又はＣＣＤセンサ５５が周方向に９０度回転傾斜した状態でガス管３５内を撮影する場合がある。カメラヘッド３又はＣＣＤセンサ５５の周方向の傾き、回転傾斜角度又はロール角は姿勢検出センサ５９により検出されるので、画像処理部６１は画像回転プログラムを実行し、姿勢検出センサ５９により導き出された周方向の傾き、回転傾斜角度又はロール角だけ、ＣＣＤセンサ５５が撮影した管内映像又は画像（直視映像又は画像）を周方向に傾け又は回転させる（矢印Ｙ）。ＣＣＤセンサ５５により撮影された管内映像又は画像では管底６３が側方に位置し、地軸が側方を向くかのような状態となっているが（矢印Ｚ参照）、回転処理した管内映像又は画像では管底６３が下端に位置し、地軸が上下方向を向くように補正されている。
【００２７】
図５は画像処理部６１が魚眼映像又は画像を作成して出力する場合を説明する図、図６は画像処理部６１が拡大映像又は画像を作成して出力する場合を説明する図、図７は画像処理部６１が側視映像又は画像を作成して出力する場合を説明する図である。
【００２８】
カメラコントローラ１９のフィッシュアイボタン２７を押すと、画像処理部６１に魚眼指令が入力され、画像処理部６１は傾斜補正又は回転補正した管内映像又は画像（魚眼映像又は画像）をそのまま、接合部５を介して電源・信号ケーブル７に出力し、ディスプレイ１７に表示させる（図５）。ここでズームボタン２９を押すと、画像処理部６１に拡大指令が入力され、画像処理部６１は管内映像又は画像の中央の領域が拡大された管内映像又は画像に、拡大した領域を示す枠６５が表された魚眼映像又は画像を表示する操作画面６７を小さく示した補正画像を作成し、電源・信号ケーブル７に出力してディスプレイ１７に表示させる（図６）。ここでは領域を示す枠６５の形は矩形又は長方形である。また、ワイドボタン３１及びテレボタン３３を操作することにより操作画面６７の枠６５を拡大したり縮小したりでき、枠６５の拡大及び縮小に応じて画像処理部６１は拡大して表示される領域を変化させた管内映像又は画像を作成し、ディスプレイ１７に表示させる。なお、符号６９はクラックを示している。次に、ジョイスティック２５を操作して操作画面６７の枠６５を魚眼映像の周辺部、径方向外側又は内周面部分に移動させることができる。枠６５は魚眼映像又は画像の周辺部に移動すると扇形に変化して補正対象領域（側視映像又は画像作成領域）を示す。カメラコントローラ１９からは画像処理部６１に側視指令が入力され、画像処理部６１は側視した領域を示す枠６５が表された魚眼映像又は画像を表示する操作画面６７を小さく示した側視映像又は画像７１を補正画像として作成し、電源・信号ケーブル７に出力してディスプレイ１７に表示させる。側視映像又は画像７１は、例えば、枠６５が示す領域の軸方向位置で、径方向外側を向いて領域を撮影した場合の映像又は画像と等しいか又はほぼ等しい。ここでもワイドボタン３１及びテレボタン３３を操作することにより操作画面６７の枠６５を拡大したり縮小したりでき、枠６５の拡大及び縮小に応じて画像処理部６１は、側視される領域を変化させた側視映像又は画像７１を作成し、ディスプレイ１７に表示させる。また、ジョイスティック２５を操作することにより枠６５を魚眼映像又は画像の周辺部の異なる位置に移動させることができ、枠６５の移動に応じて画像処理部６１は、移動後の枠６５が示す領域について側視映像又は画像７１を作成し、ディスプレイ１７に表示させる。
【００２９】
ここでは、画像処理部６１は、カメラコントローラ１９からの魚眼指令を受けて魚眼映像又は画像をディスプレイ１７に表示し、カメラコントローラ１９からの拡大指令を受けて魚眼映像又は画像の中央部の拡大映像又は画像をディスプレイ１７に表示し、カメラコントローラ１９からの側視指令を受けて魚眼映像又は画像の指定された領域の側視映像又は画像７１をディスプレイ１７に表示する。
【００３０】
図８は画像処理部６１の側視映像又は画像７１の作成方法を説明する図である。
【００３１】
側視映像又は画像７１の作成は、扇形の領域６５を正方形又は長方形となるように変形させて行なわれる変形により、得られた正方形又は長方形の映像又は画像は適当に拡大される。また、変形にあたっては遠近及びレンズ歪を補正する。例えば、遠近をレンズ歪を考慮して補正する。より具体的には、図８に示すように、扇形の領域６５に外側円弧に沿ってａ１の等間隔でポイントＡを設定し、内側円弧に沿ってａ１よりも短いｂ１の等間隔でポイントＡに対応するポイントＢを設定し、対応するポイントＡとポイントＢとの間に、ポイントＡ寄りにポイントＣ、ポイントＢ寄りにポイントＤ１及びポイントＤ２を一直線上に設定し、ポイントＡとポイントＣとの間隔をｃ１、ポイントＤ１とポイントＤ２との間隔をｃ１より短いｄ１とした場合、ポイントＡがａ１の等間隔を維持して直線状に並び、ポイントＢがｂ１よりも大きなｂ２の等間隔で直線状に並び、ポイントＡとポイントＣとの間隔がｃ１よりも短いｃ２となり、ポイントＤ１とポイントＤ２との間隔がｄ１よりも長いｄ２となるように扇形の領域６５の映像又は画像（扇形の領域６５内の映像又は画像）を長方形又は正方形に変形させて側視映像又は画像７１を形成する。側視映像又は画像７１では、例えば、ポイントＡ、ポイントＣ、ポイントＤ１、ポイントＤ２及びポイントＢは等間隔で一直線上に並び、側視映像又は画像７１の短辺は扇形の領域６５の側辺と同じ長さとなっている。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の管内調査装置及びカメラヘッドは小径の管路、配管又はパイプ内の調査に適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１                管内調査装置
３                カメラヘッド
７                電力・信号ケーブル
１７                ディスプレイ
４１                カメラケース
５９                姿勢検出センサ
５３                魚眼レンズ（撮影用レンズ）
５５                ＣＣＤセンサ（撮像センサ）
５７                撮影情報処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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