(57)【要約】  【課題】  河川流域での堆積砂礫の測定を容易に行えるようにする。  【解決手段】  砂礫が堆積している観測地域内に設置される撮影手段と、  前記撮影手段から所要寸法離れると共に異なる方向から前記観測地域内を照射して、撮影画像に生じる陰影の位置を異ならせる照明手段と、前記照明手段で異なる方向からの照射下で、前記撮影手段で同一方向から撮影した複数枚の画像データを記録し、該画像データの前記陰影に基づいて、前記観測地域内の礫を分離識別すると共に、個々の礫の粒度（寸法）を計測し且つ分布を分析する画像処理手段と、を備えている。  【選択図】  図１
2006078234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂礫が堆積している観測地域内に設置される撮影手段と、
前記撮影手段から所要寸法離れると共に異なる方向から前記観測地域内を照射して、撮影画像に生じる陰影の位置を異ならせる照明手段と、
前記照明手段で異なる方向からの照射下で、前記撮影手段で同一方向から撮影した複数枚の画像データを記録し、該画像データの前記陰影に基づいて、前記観測地域内の礫を分離識別すると共に、個々の礫の粒度（半径）を計測し且つ分布を分析する画像処理手段と
を備えていることを特徴とする砂礫測定装置。
【請求項２】
前記画像処理手段は、前記撮影手段から画像を受信して画像データとして記録する記録部と、記録された画像データの演算処理部と、該演算処理部で演算された測定結果を画像表示する表示部を備え、前記演算処理部は、
記録された複数の画像から１枚の最小輝度合成画像を作成する画像合成部と、該最小輝度合成画像から前記礫の外郭線を強調した境界強調画像作成部と、該境界強調画像作成部で作製された１枚の画像に基づいて各粒子の分離識別を行って粒子識別画像と粒子境界表示画像を作製する粒子認識部と、
該粒子認識部で作製された画像に基づいて各礫の粒度（半径）、所定粒度範囲の分布数、礫の重量を求め、更に該重量から通過百分率を演算する礫解析部とを備えている請求項１に記載の砂礫測定装置。
【請求項３】
前記撮影手段は前記観測地域の中心位置で地表から所要高さ位置に配置される１台のカメラからなり、
前記照明手段として、前記撮影手段を中心として、少なくとも３方向以上の方向から観測地域を照射するランプあるいはストロボを備え、前記撮影手段を中心として角度間隔をあけて固定した複数台の設置し、あるいは前記撮影手段を中心として回転されると共に少なくとも角度間隔をあけて停止される１台を設け、
前記照明手段による照射下で、前記撮影手段で同一方向から順次撮影した複数の画像テータを合成して各画素毎に最小輝度を抽出し、各礫の全周に沿った陰が得られる構成としている請求項１または請求項２に記載の砂礫測定装置。  
【請求項４】
前記撮影手段によるシャッター時期と、前記照明手段による照射方向を順次切り替えて行う照射時期とを同期させる同期信号発生手段を備えている請求項３に記載の砂礫測定装置。
【請求項５】
前記撮影手段は、分光スペクトル感度を互いに異ならせると共に光軸を同一方向とした複数の撮影素子を備えた１台のデジタルカメラ、あるいは分光スペクトル感度を互いに異ならせた複数台のデジタルカメラを光軸が略同一方向となるように結束した構成とする一方、
前記撮影手段を中心として角度間隔をあけて配置される複数台の前記照明手段は、それぞれ前記撮影手段の１台のデジタルカメラの各撮影素子の分光スペクトル感度あるいは複数台のデジタルカメラの各分光スペクトル感度に対応する光を照射する構成とし、
前記撮影手段による撮影時に前記複数台の照明手段による照明を同時に行う構成としている請求項１または請求項２に記載の砂礫測定装置。
【請求項６】
前記各照明手段には異なる色の色フィルタを装着していると共に、前記１台のデジタルカメラの各撮影素子あるいは複数台のデジタルカメラにそれぞれ異なる色の色フィルタを装着している請求項５に記載の砂礫測定装置。
【請求項７】
前記観測地域の地面に配置されて該観測地域の外縁を囲む外枠材を備え、該外枠材に実寸法を表記してスケールとし、前記撮影手段により前記外枠材を含めて撮影し、該外枠材の寸法から各礫の実寸を計測できると共に傾斜補正もできる構成としている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の砂礫測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の砂礫測定装置を用いて、河川の砂礫を観測することを特徴とする河川の砂礫測定方法。
【請求項９】
前記砂礫観測装置により観測地域の表面層の砂礫を観測した後、表層より所定深さまで掘進して前記観測地域の全面にわたり所定深さ位置の砂礫を表面に露出させ、露出された砂礫を撮影して前記画像処理装置で計測処理し、これを、設定された深さ位置毎に繰り返している請求項８に記載の河川の砂礫測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川等における砂礫測定装置および該装置を用いた測定方法に関し、河川で堆積砂礫をカメラで撮影し、撮影した堆積砂礫の各粒子の大きさ（粒度）、粒度分布等を撮影した画像を画像処理手段を用いて画像解析により測定するものである。
【背景技術】
【０００２】
河川における地滑り性の大規模崩落の発生の危険性を予測するために、建設省河川局では、河川砂防技術基準に基づき、地滑り地の存在する地区を重点にして、地滑り性の大規模崩落が発生する地形、地質条件のある土地を空中写真、現地踏査等により確認して調査範囲を求め、該調査範囲内において固定観点を特定し、定期的（３年に１度で、大きな河川流動が見られる地点では１年に１度）の定期調査を行うように定めている。
前記固定観点は調査範囲内において、河川の流域に沿って１ｋｍ間隔で固定観点が定められ、各固定観点において、表面層及び表面から所定深さの２つの断面層における砂礫堆積状態、詳細には礫の粒径、粒径の配列、分布状態等を測定するものとしている。
【０００３】
詳細には、渓床土砂堆積地では、通常、図１０に示すように、表層Ｓ１から層Ｓ２→層Ｓ３→層Ｓ４→層Ｓ５とづつく層構造となっている。表面層Ｓ１には主として大きな粒径の礫Ｂが存在し、表面層Ｓ１から深さ３０ｃｍの範囲の層Ｓ２では礫Ｂに粘土が付着するゾーンとなり、礫Ｂ、砂質粘土ＣＳ、砂Ｓ、細砂ＳＳ、シルト質砂ＭＳが混在している。続く層Ｓ３では掃流堆積物の特有な層となり、さらに、層Ｓ４はシルト質砂ＭＳと砂質粘土ＣＳの層となり、層Ｓ５は大きな礫Ｂの層となっている。
前記図１０に示す層状構造が砂礫の測定により認められる場合は掃流的運搬地域と認めれるが、図１０に示す層状構造ではなくランダムな状態となっている場合は土石流が発生していると認められることになる。
このような観点から、前記のように表層および表層より所定深さの２つの層における砂礫の測定が必要とされている。
【０００４】
従来、前記固定観点における砂礫の測定は、現地で砂礫を採取して砂礫をふるいにかけて礫の大きさを測定する方法によりなされている。その場合、表面層および該表面層からそれぞれ所定深さ掘り進んだ２層で行う必要があり、１カ所の固定観点で３回の砂礫測定作業が必要となる。このように、現地において人手に頼って行う方法を取ると、非常に手間のかかる作業となり、かつ、固定観点が渓流に沿っているために測定器具の運搬等にも労力を有する等、問題点が多い。よって、簡単かつ精度よく、河川の堆積砂礫を測定できる方法が求められている。
【０００５】
堆積状態にある粒状物の粒度を測定することは、他の分野においても必要で、さまざまな局面で、堆積した粒子の粒度測定法として、粒子写真に「物差し」をあてて測る「切片長」測定が人手に頼って行われており、その作業の省力化・省人化が求められている。
【０００６】
前記問題に対して、堆積物を撮影し、撮影した画像に基づいて粒子の粒度を測定する方法が提供されており、該方法は下記の２つの方法に大別される。
１）分離した状態での粒度測定
２）堆積した状態での粒度測定
【０００７】
前記１）の分離した状態での粒度測定法としては、特開昭５４−９２３８９号公報（特許文献１）に開示されるような、ベルトコンペアから落下する粒子をシルエットで撮影し、これを画像処理して粒度を求める方式が知られている。
この方式では、測定対象である粒子を背景と分離してコントラストよく撮像することができ、また粒子同士の重なりも小さいことから、平易な画像処理で信頼性の高い測定を実現することが可能である。ただし、粒子を分離し得るよう設備の付加ないし改造が必要であり、特に、前記河川における堆積土砂に適用することは、大きな礫があると共に、礫に粘土が付着しているため、前記１）の方法は適用できない。
【０００８】
これに対して、前記２）の堆積状態での粒度測定方法として、特公平６一０７５０３０号公報（特許文献２）、特開平１１−６３９３５号公報（特許文献３）、特開２００３ー８３８６８号公報（特許文献４）に開示されている方法が知られている。
【０００９】
前記特許文献２に開示されている方法は、粒子の影の空間的な周期が粒径に依存する現象に着目して、統計的な空間周波数解析により平均粒径を求める方法である。
この方法は、１個１個の粒子の抽出を行う必要がないことから、対象の粒子が等方的な形状（たとえば「球」）でかつ粒度分布の少ない場合には高い信頼性が期待できる。
しかしながら、河川の礫は形状が相違し粒径のばらつきの大きいため、前記方法は採用しえず、個々の粒子を個別に分離・識別して粒径を求める方法に依らざるを得ない。
【００１０】
前記特許文献３および特許文献４に開示されている方法は、堆積した粒子の画像に空間微分処理を施して粒界を強調・抽出し、測定した個々の粒子の粒径を求めている。
前記方式が安定的に成立するには、粒界のコントラストが際立っていることが必要条件であるが、一般に通常の照明法では、粒界全域に亘ってコントラストを確保するのは困難であり、信頼性の高い粒度測定を実現するのは極めて難しい。
【特許文献１】特開昭５４−９２３８９号公報
【特許文献２】特公平６一０７５０３０号公報
【特許文献３】特開平１１−６３９３５号公報
【特許文献４】特開２００３ー８３８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前記した問題に鑑みてなされたもので、河川流域の固定観点での堆積砂礫の測定を、堆積砂礫をカメラで撮影し、その画像をコンピュータでの画像処理で行う方法を採用し、該画像処理において、堆積状態にある個々の礫を区別し、その粒径を精度良く簡単に測定できる装置および方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本発明は、砂礫が堆積している観測地域内に設置される撮影手段と、
前記撮影手段から所要寸法離れると共に異なる方向から前記観測地域内を照射して、撮影画像に生じる陰影の位置を異ならせる照明手段と、
前記照明手段で異なる方向からの照射下で、前記撮影手段で同一方向から撮影した複数枚の画像データを記録し、該画像データの前記陰影に基づいて、前記観測地域内の礫を分離識別すると共に、個々の礫の粒度（半径）を計測し且つ分布を分析する画像処理手段と
を備えていることを特徴とする砂礫測定装置を提供している。
【００１３】
前記のように、本発明の砂礫測定装置では、河川の調査範囲における固定観点で、砂礫を撮影するだけでよく、撮影した画像をコンピュータで画像解析し、其の際、堆積した砂礫から個々の礫の全周に沿った陰を抽出して、礫を分離、識別可として、礫の大きさや分布状態を測定できるようにしている。
このように、固定観点では観測地域を撮影するだけで良いため、固定観点での作業員による従来の砂礫のふるい作業等を無くすことができ、省力化を図ることができる。特に、表層から所定深さ掘りすすんだ地点でも、その表層を撮影するだけで良いため、１カ所の固定観点での３回の測定作業を、従来の作業員による手作業と比較して、効率よく行うことができる。
なお、撮影した画像の画像処理手段、具体的にはコンピュータを撮影現場に持ち込んで、現地で画像処理を行ってもよいし、画像データを持ちかえって、各固定観点で撮影した画像を一括して画像処理してもよい。
【００１４】
本発明の測定装置は、照射方向を異ならせて順次撮影し、陰の形成位置が相違する複数枚の画像を得るようにした装置と、同時撮影で陰の形成位置が相違する複数枚の画像を得るようにした装置のいずれでもよい。
【００１５】
前記した観測地域をその外周位置から順次撮影する装置とする場合、
前記撮影手段は前記観測地域の中心位置で地表から所要高さ位置に配置される１台のカメラからなり、
前記照明手段として、前記撮影手段を中心として、少なくとも３方向以上の方向から観測地域を照射するストロボあるいはランプを備え、前記撮影手段を中心として角度間隔をあけて固定した複数台を設け、あるいは前記撮影手段を中心として回転されると共に少なくとも角度間隔をあけて停止される１台を設け、
前記照明手段による照射下で、前記撮影手段で同一方向から撮影した複数の画像テータを合成して各画素毎に最小輝度を抽出し、各礫の全周に沿った陰が得られる構成としている。  
【００１６】
また、前記撮影手段によるシャッター時期と、前記照明手段による照射方向を順次切り替えて行う照射時期とを同期させる同期信号発生手段（トリガー発生手段）を備えていることが好ましい。
このように同期信号発生手段を付設しておくことにより、精度よく異なる方向から照射された画像を得ることができる。
【００１７】
前記砂礫測定装置では、河川流域の固定観点である観測地域にデジタルカメラ等からなる撮影手段を設置し、該撮影手段で撮影する際に、撮影毎に異なる方向から照明手段で観測地域を照射し、これら撮影された複数枚の画像に異なる方向の「陰」を発生させ、これらの画像を合成することにより個々の礫の全周に陰を生成して個々の礫を特定している。
例えば、デジタルカメラを中心として、９０度間隔をあけて４台のストロボを配置しておき、順次４台のストロボで観察地域を照らして前記カメラで４枚の画像を得る。各１枚の画像には照射方向と反対側に個々の礫の陰が形成され、よって、４枚の画像を合成すると個々の礫の全周に陰が生成され、堆積状態にある個々の礫の粒界を得ることができる。
前記４枚の画像から１枚の最小輝度画像を合成する際に、４枚の画像の各画素毎に最小輝度値を抽出し、抽出された最小輝度値を有する画素より構成された１枚の画像を合成し、各粒子の周囲全域にわたって陰を得ている。
前記最小輝度画像で合成することにより、粒子（礫）の反射率や照明照度のばらつきに頼らず、粒界全域にわたって黒線からなる外郭線が得られ、粒子表面と粒界との間で極めて高いコントラストが安定して確保できる。したがって、平易な画像処理によって、容易かつ高い信頼性で粒界を抽出でき、堆積状態の粒子に対しても個々の粒子（礫）を確実に分離、識別して、礫の形状、粒度を測定することが可能となる。
【００１８】
本発明の測定装置に設ける前記画像処理手段は、前記画像の合成が可能なものとしており、具体的には、
前記画像処理手段は、前記撮影手段から画像を受信して画像データとして記録する記録部と、記録された画像データの演算処理部と、該演算処理部で演算された測定結果を画像表示する表示部を備え、前記演算処理部は、
記録された複数の画像から１枚の最小輝度合成画像を作成する画像合成部と、該最小輝度合成画像から前記礫の外郭線を強調した境界強調画像作成部と、該境界強調画像作成部で作製された１枚の画像に基づいて各粒子の分離識別を行って粒子識別画像と粒子境界表示画像を作製する粒子認識部と、該粒子認識部で作製された画像に基づいて各礫の粒度（半径）、所定粒度範囲の分布数、礫の重量を求め、更に、該重量から通過百分率を演算する礫解析部とを備えている。詳しくは、各礫の投影面積を円と見なして半径を求め、各礫を該半径を有する球と見なす。これに予め求めた礫の比重を乗じて重量を求め、これから重量換算通過百分率を演算している。
【００１９】
前記した異なる方向からの照射して順次撮影する方法に変えて、同時撮影で異なる位置に陰を有する複数の画像を得る装置としてもよい。
この場合、前記撮影手段は、分光スペクトル感度を互いに異ならせると共に光軸を同一方向とした複数の撮影素子を備えた１台のデジタルカメラ、あるいは分光スペクトル感度を互いに異ならせた複数台のデジタルカメラを光軸が略同一方向となるように結束した構成とする一方、前記撮影手段を中心として角度間隔をあけて複数台の照明手段を配置し、これら配置される複数台の照明手段は、それぞれ前記撮影手段の１台のデジタルカメラの各撮影素子の分光スペクトル感度あるいは複数台のデジタルカメラの各分光スペクトル感度に対応する光を照射する構成としている。
【００２０】
前記構成とする場合、各照明手段には異なる色の色フィルタを装着していると共に、前記１台のデジタルカメラの各撮影素子あるいは複数台のデジタルカメラにそれぞれ対応する異なる色の色フィルタを装着していることが好ましい。
【００２１】
例えば、デジタルカメラを中心として、９０度間隔に互いに分光スペクトルが相違する４色の色フィルタを取り付けたストロボを配置しておき、シーケンス制御回路によって制御される点灯コントローラから出力される点灯信号によって一斎に点灯する。カメラ側にもストロボに装着した色フィルタに対応する色フィルタをそれぞれ装着した撮像素子を設け、シーケンス制御回路によって点灯信号と同期して各ストロボ点灯時の画像を画像処理手段のメモリーに同時に取り込む。画像処理手段では、前記した順次撮影した場合と同様な画像処理、即ち、画素毎に最小輝度を抽出し、該最小輝度からなる１枚の合成画像を得ることにより、堆積した各粒子の粒界（外郭線）を抽出している。
このように、照明手段とカメラの撮像素子に装着される色フィルタを分光透過特性がスペクトルとして互いに分離させておけば、各撮像素子によって得られる画像は、その撮像素子と同じ色フィルタを装着したストロボあるいはランプによって照明された画像となることから、４方向照明画像を画像メモリに同時に取り込まれたこととなる。
【００２２】
前記した光軸方向を同一とした複数の撮像素子は、カメラに内蔵するプリズムやハーフミラー等の光学素子を用いて光軸を分割して形成することができる。また、視野サイズに対して十分に小さいカメラを複数台束ねて形成しても良い。
なお、略同一光軸方向とした複数の画像間で視野ズレが問題となる場合は、粒度の演算回路の前に、視野ズレ分だけ各画像をシフトする視野ズレ補正回路を設ける事が好ましい。
【００２３】
また、本測定装置では、観測地域の地面に配置されて該観測地域の外縁を囲む外枠材を備え、該外枠材は正方形あるいは長方形の直角を構成する辺を有する枠とし、実寸法を表記してスケールとすることが好ましい。
前記撮影手段により前記外枠材を含めて撮影すると、該外枠材の寸法から各礫の実寸を計測することができる。また、カメラの撮像面と観測対象とが平行を保たれない時に画像に歪みが生じるが、その場合には寸法が既知の直角を有する前記外枠材の像を利用して、この歪みを修正する傾斜補正も行える。
前記のようにスケールとなる外枠材を配置することにより、画像処理時における各礫の実寸を求めやすくすることができる。
【００２４】
本発明は、第二に、前記した砂礫測定装置を用いて、河川の砂礫を観測することを特徴とする河川の砂礫測定方法を提供している。
【００２５】
本発明の河川の砂礫測定方法では、前記砂礫観測装置により観測地域の表面層の砂礫を観測した後、表層より所定深さまで掘進して前記観測地域の全面にわたり所定深さ位置の砂礫を表面に露出させ、露出された砂礫を撮影して前記画像処理装置で計測処理し、これを、設定された深さ位置毎に繰り返している。
即ち、河川の固定観点において、表層、表層から所定深さの２位置での測定の合計３回の測定を、すべて前記測定装置による撮影と、撮影された画像をコンピュータによる画像処理で測定を行っている。
【００２６】
前記測定装置で測定される有効な粒径は２ｍｍ〜２００ｍｍ程度である。河川砂防技術基準では２００ｍｍ以上は現地においてスケールによる手測定を推奨しているが、両眼立体視による画像解析による方法も有効となる。一方、２ｍｍ以下の砂礫はラボ等に持ち帰って従来法で分析することが好ましい。
即ち、２ｍｍ〜２００ｍｍの範囲の礫は本測定方法で測定し、その範囲外は上述した襲来棒で分析し、最も労力の要する範囲を自動化している。
【発明の効果】
【００２７】
上述したように、本発明の砂礫測定装置および測定方法によれば、河川の調査範囲における固定観点で、砂礫を撮影するだけでよく、撮影した画像をコンピュータで画像解析し、其の際、堆積した砂礫から個々の礫の全周に沿った陰を抽出して、礫を分離、識別可として、礫の大きさや分布状態を簡単且つ精度よく測定することができる。
【００２８】
このように、固定観点では観測地域を撮影するだけでよいため、固定観点での作業員による従来の砂礫のふるい作業等を無くすことができ、省力化を図ることができる。特に、表層から所定深さ掘りすすんだ地点でも、その表層を撮影するだけで良いため、１カ所の固定観点での３回の測定作業を、従来の作業員による手作業と比較して、効率よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の砂礫測定装置を図面を参照して詳述する。
図１乃至図４は第１実施形態を示し、図１に示すように、河川流域の固定観点Ｒにおいて、その中心位置Ｐに撮影手段のデジタルカメラ１を固定し、該デジタルカメラ１を中心として、略同一半径をあけて９０度間隔で前後左右の４方向にランプ４（４Ａ〜４Ｄ）からなる照明装置を配置している。
【００３０】
前記デジタルカメラ１は、三脚５の上端に支持された軸受６に昇降自在に支持された支軸７の下端に取りつけた十字状のアーム８に固定し、固定観点Ｒの中心位置Ｐに配置し、地面への距離を調節自在としてピント合わせ可能としている。
前記アーム８の各先端位置に前記ランプ４（４Ａ〜４Ｄ）を夫々固定している。かつ、アーム８にはランプ４の発光量制御ユニット９を取り付けている。また、各ランプ４は中心位置Ｐに向けて斜め照射する角度でアーム８に取り付けている。
【００３１】
さらに、固定観点Ｐの地面上に、中心位置Ｐを中心として正方形状の外枠材１０を設置している。該外枠材１０の表面には各辺に実寸目盛り１０ａを付し、外枠材１０を実寸スケールとしている。
前記デジタルカメラ１による撮影範囲は前記外枠材１０を含む、外枠材１０で囲まれた部分の地表で、該地表の堆積された砂礫を撮影する構成としている。
【００３２】
前記デジタルカメラ１による固定観点Ｐの撮影は、ランプ４Ａ→４Ｂ→４Ｃ→４Ｄを時間間隔をあけて順次点灯し、各ランプ４の点灯時期とデジタルカメラ１による撮影時期を同期させて撮影し、４枚の画像を順次得るようにしている。これら４枚の画像は、固定観点Ｐの堆積砂礫に対する照射方向を前後左右と９０度間隔をあけた異なる方向から斜め照射していることにより、照射方向とは逆方向に陰を形成できるようにしている。
【００３３】
前記デジタルカメラ１で撮影された画像はデジタルカメラ１内の画像メモリ内に格納している。このデジタルカメラ１の画像メモリに格納された画像データは、河川流域での前記撮影終了後に、図２に示すコンピュータの画像処理手段１１で図示に示す手順で処理している。
【００３４】
前記画像処理手段１１は、デジタルカメラ１に格納された画像メモリを受信して画像データを記録する記録部２１と、演算処理部２２と、表示部２３を備えている。
前記演算処理部２２は、記録された４枚の画像データから１枚の最小輝度合成画像を作製する画像合成部２４と、該画像合成部２４で作製された１枚の最小輝度画像に対して各礫（以下、画像処理手段１１の説明では「礫」と「粒子」と称する）の外周に沿った陰影からなる境界線を強調する処理を行う境界強調処理部２５、該境界が強調された画像に基づいて、粒子の分離識別を行って粒子識別画像と粒子境界表示画像を作製する粒子認識部２４と、該粒子認識部２６で作製された画像に基づいて、各粒子寸法（粒度）、所定粒度範囲の分布数、礫の重量を求め、更に該重量から通過百分率を演算する礫解析部２７を備えている。
【００３５】
つぎに、前記構成からなる測定装置による測定作業について説明する。
河川の固定観点Ｐにおいて、４方向からのランプ４を順次点灯してデジタルカメラ１で順次撮影した４枚の撮影画像＃１〜＃４は、図３（Ａ）に示す状態である。これらの撮影画像を画像処理手段１１の記録部２１に取り込み、取り込んだ４枚の撮影画像を最小輝度画像合成部２４で、各画素毎の最小輝度を求め、４枚の撮影画像より図４に示す工程で図３（Ｂ）に示す１枚の最小輝度画像＃５を作製する。
【００３６】
前記最小輝度画像＃５を境界強調処理部２５で、粒界と粒界以外の部分のコントラストが明確化する処理を行っている。
この粒界強調処理として、空間微分処理して粒子間境界部（粒界）に幅広の境界線を生成した図３（Ｃ）に示す画像＃６を作成し、さらに、空間微分処理出力に対して２値化処理した図３（Ｄ）に示す画像＃７を作成し、さらに粒界を明確に抽出し、「ロバスト性」の高い粒子認識のベースを確保している。
さらに、「粒子認識」の「ロバスト性」をさらに高めるために、ラベリング処理、膨張処理、収縮処理を行い、粒界部以外のノイズを除去している。
前記ラベリング処理では、粒子内部を「黒」領域として、その中の「白」の各クラスタの面積（画素数）を求めて、粒子内部の面積の小さい白クラスタを独立ノイズとして除去している。
前記膨張処理および収縮処理では、粒界部の膨張と収縮により、粒界近傍のヒゲ状ノイズを除去している。
【００３７】
前記強化強調処理部で作成した画像を、粒子認識部２６において、複数粒子の疑似的な結合を分離し、個々の粒子を認識する処理を行っている。
まず、粒界の黒クラスタで囲まれた内部の各画素毎に、クラスタ周囲からの距離を演算して、ポテンシャル画像を作製する。複数粒子の結合したクラスの場合「山頂」が複数生成される。ついで、各クラスタの山頂が１粒子に対応するものとして、「山」即ち「粒子」を分離する粒子分離処理を行い、ついで、粒子分離処理において過度に分離された粒子を再評価して、一つの粒子に復元し、図３（Ｅ）に示す粒子認識画像＃８を生成する。
さらに、粒子認識画像＃６より、図３（Ｆ）に示す粒子境界表示画像＃９を生成している。
【００３８】
前記粒子認識部２６で生成した画像＃８、＃９に基づいて、礫解析部２７で、河川砂礫粒度解析システムを有する粒度解析ソフトを用いて、各粒子寸法（粒度）、所定粒度範囲の分布数を計測し、粒子の体積重量を通過百分率で演算している。
具体的には、識別された粒子の粒度測定は画素数をカウントして、例えば、面積、円相当径、フェレ径等の粒度パラメータを得る。この粒度パラメータの分布、平均値、標準偏差等の総計量が演算、出力される。この演算時において、画像に実寸スケールとなる外枠材１０も写っているため、各粒子の実寸法を簡単に導ける。
【００３９】
前記図３に示す画像は、撮影条件および画像処理条件を下記の設定として得たものである。
「撮影条件」
カメラ：  １眼レフ  デジタルカメラ
分解能：  ６００万画素（３０００×２０００）
視野サイズ：  １０００ｍｍ×６５０ｍｍ
分解能：  ０．３３ｍｍ
焦点距離：ｆ＝２４ｍｍ
照明：  ストロボ４方向照明
「画像処理」
ノートパソコン：ＣＰＵ  Pentium（登録商標） 4 (2GHz)
処理方式
最小輝度画像合成による粒界抽出
粒子認識・粒径測定
通過百分率演算
演算時間：約６０秒／画面
【００４０】
このように、河川の堆積砂礫の測定を、現地で撮影した陰の方向が相違する複数画像を画像処理手段１１で画像処理して、礫の粒度、分布、体積重量を測定している。
上記照明手段を照射して行う撮影は、地表で１回目、該地表から所定深さ掘り進んだ地点で２回目、さらに、２回目の撮影地点から更に掘り進んだ地点で３回目の撮影を行い、これら３度の撮影でデジタルカメラ１内に記録した画像データを持ち帰って、前記画像処理手段で画像処理で堆積砂礫の状態を測定している。
【００４１】
前記画像処理手段１１の礫解析部２４で粒度測定する礫は、画像処理により効率的な測定ができる中程度の大きさの２ｍｍ〜２００ｍｍの砂礫としている。２００ｍｍ以上の大きな礫は両眼立体視で測定し、２ｍｍ以下はラボにおいて従来法で分析している。
【００４２】
前記したように、河川の固定観点Ｐの現地においてランプ４Ａ〜ＡＤを順次点灯して、デジタルカメラ１により各ストロボの点灯と同期させて４回撮影し、この撮影した画像データを画像処理手段１１で画像解析することにより、従来の調査員が現地でふるいを用いて砂礫の測定をする場合と比較して、現地における調査時間を非常に短縮化でき、しかも少量の持ち帰りサンプルで分析することが可能になる。
かつ、画像処理手段１1により堆積した砂礫から各礫の分離、識別を行い、それに基づいて粒度、粒度分布、体積重量を求めているため、精度のよい測定を得ることができる。
【００４３】
図５は、第１実施形態の変形例を示し、ランプに変えてストロボを用い、ストロボ４Ａ’〜４Ｂ’の順次切替照明時期とデジタルカメラ１による撮影時期とをシーケンス制御回路によってコントロールしている。
この変形例では、照明・撮像・画像記録のタイミングおよび粒度演算のシーケンスは全て、同期信号発生回路３３で生成される同期信号によって駆動されるシーケンス制御回路３０によりコントロールしている。
ストロボ４Ａ’〜４Ｄ’は、シーケンス制御回路３０によって制御される点灯コントローラ３１から出力される点灯信号に基づいて点灯している。
【００４４】
測定にあたってシーケンス制御回路３０は、ストロボ４Ａ’〜４Ｄ’を順次点灯すると共に、点灯に同期してデジタルカメラ１で撮像した堆積砂礫画像を、カメラコントローラ３２を経由して画像処理手段１１の記録部２１に画像メモリ＃１〜＃４として取り込む。記録部２１への画像入力が完了すると、シーケンス制御回路３０は演算処理部２２に演算指令を出力する。演算処理部２２の構成は前記第１実施形態と同じで、内蔵する最小輝度画像合成回路２４により画像メモリ＃１〜＃４の画像を読み出して最小輝度画像を演算し、最小輝度画像をメモリに書き込む。その後、境界強調処理部２５で粒界の陰影線を強調した画像を形成し、粒子認識部２６で個々の粒子を分離・識別し、解析部２７で粒度を演算して出力している。
【００４５】
図６は本発明の第２実施形態を示し、第２実施形態ではランプからなる照明手段を１台として、移動させて照明している。
即ち、本実施形態では、照明系として回転ユニット４０に取り付けられた１台のランプ４を、シーケンス制御回路３０から出力されるコントロール信号に基づいて、ランプ位置制御回路４１を介して回転ユニット駆動回路４２により回転させつつ、４方向の位置で堆積砂礫の画像を撮影している。
他の構成は第１実施形態の変形例と同一であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図７乃至図９は本発明の第３実施形態を示す。
第３実施形態は分離スペクトル光により同時照明を行って、４方向からの照明画像を同時に撮影できる装置としている。
即ち、本実施形態では、デジタルカメラ１を中心として９０度間隔に配置する４台のストロボ４Ａ’〜４Ｄ’に図９に示すように互いに分光透過特性の異なる４種の色フィルタ５０Ａ〜５０Ｄをそれぞれ装着している。
【００４７】
一方、デジタルカメラは図８（Ａ）あるいは図８（Ｂ）に示す構成としている。
図８（Ａ）に示すデジタルカメラ１’では、分光スペクトル感度を互いに異ならせると共に光軸を同一方向とした４つのの撮像素子５２Ａ〜５２Ｄと、各撮像素子５２Ａ〜５２Ｄの前面に装着する色フィルタ５０Ａ’〜５０Ｄ’と、ハーフミラー５４を内蔵している。該デジタルカメラ１’では撮影時の光軸６０を同一光軸とし、該光軸６０をハーフミラー５４に４分割して４つの撮像素子５２Ａ〜５２Ｄの光軸と一致させている。
図８（Ｂ）に示すデジタルカメラ１”では、分光スペクトル感度を互いに異ならせた４台の小型のデジタルカメラ１ａ”〜１ｄ”からなり、これら各デジタルカメラ１ａ”〜１ｄ”の前面に色フィルタ５０Ａ”〜５０Ｄ”（色フィルタ５０Ｃ”は背面側で見えないため図示省略）を装着し、光軸６０ａが略同一方向となるように結束した構成としている。
【００４８】
図９に示すように、シーケンス制御回路３０によって制御される点灯コントローラ３１から出力される点灯信号によって４台のストロボ４Ａ’〜４Ｄ’は一斉に点灯される。デジタルカメラ１’（１”）は、シーケンス制御回路３０により制御される点灯コントローラ３１から出力される点灯トリガー信号によってストロボ４Ａ〜４Ｄを点灯し、同じくシーケンス制御回路３０により制御されるカメラコントローラ３２によって、ストロボ点灯に同期して順次電子シャッタによる瞬時撮像可能なよう構成し、ストロボ４Ａ’〜４Ｄ’の点灯時の堆積砂礫を撮影し、撮影した画像を、カメラコントローラ３２を経由して画像処理手段１１の記録部２１に画像メモリ＃１〜＃４を同時に取り込む。取り込まれた画像を演算処理部２２により処理して礫の粒度、分布状態等の解析を行う工程は第１実施形態等と同様である。
【００４９】
このように照明手段のストロボとデジタルカメラの撮像素子に装着される４種の色フィルタの分光透過特性がスペクトルとして互いに分離していれば、各撮像素子によって得られる堆積砂礫画像は、その撮像素子と同じ色フィルタを装着されたストロボによって照明された画像となることから、４方向照明画像が画像メモリ内に同時に取り込まれることとなる。
なお、図８（Ｂ）に示すデジタルカメラ１”で撮影して、４枚の画像間の視野ズレが問題となる場合には、演算処理部２２の前に、視野ズレ分だけ各画像をシフトする視野ズレ補正回路部３６を設けてもよい。
【００５０】
なお、第１〜第４実施形態では、４方向照明の場合を記載したが、特に４方向に限るものではなく、画像合成したときに堆積砂礫全域に亘って各礫の粒界の周囲全体に陰影が得られれば、３方向あるいは５方向以上であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は河川の堆積された砂礫の測定装置であるが、砂礫以外の堆積粒状体の測定にも利用可能で、粒体がランダムに堆積された状態で、各粒体の粒度、粒度分布、体積占有率から総重量を求める場合等に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態の撮影手段および照明手段を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の画像処理手段を示す図面である。
【図３】（Ａ）〜（Ｆ）はそれぞれの画像例を示す写真である。
【図４】複数枚の照明画像から最小輝度画像の合成手順を示す図面である。
【図５】第１実施形態の変形例を示す全体説明図である。
【図６】第２実施形態を示す全体説明図である。
【図７】第３実施形態を示す全体説明図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）は第３実施形態で用いるデジタルカメラの構成を示す図面である。
【図９】第３実施形態で用いる色フィルタ分光透過特性と分光透過率の関係を示すグラフである。
【図１０】河川の断層面を示す図面である。
【符号の説明】
【００５３】
１  デジタルカメラ
４（４Ａ〜４Ｄ）  ランプ
４’（４Ａ’〜４Ｄ’）  ストロボ
１０  外枠材
１１  画像処理手段
２１  記録部
２２  演算部
２３  表示部
２４  画像合成部
２５  境界強調処理部
２６  粒子認識部
２７  礫解析部
３０  シーケンス制御回路
３３  同期信号発生回路
【図１】
2006078234.tif 000003
【図２】
2006078234.tif 000004
【図４】
2006078234.tif 000005
【図５】
2006078234.tif 000006
【図６】
2006078234.tif 000007
【図７】
2006078234.tif 000008
【図８】
2006078234.tif 000009
【図９】
2006078234.tif 000010
【図１０】
2006078234.tif 000011
【図３】
2006078234.tif 000012