(57)【要約】      （修正有）【課題】走行中の管内走行装置が取得する通常観察用の画像データのみに基づいて早い段階で曲管部を検出し確実かつスムースな走行を確保し得る管内走行装置を提供する。【解決手段】照明ユニット１２と、照明ユニット１２によって照明された被写体からの反射光を撮像する撮像部１１ｂと、撮像された画像において所定値よりも暗い暗領域の有無を判定し暗領域を算出する暗領域算出部４１と、算出した暗領域の中心座標を演算する中心算出部４２と、演算された暗領域の中心座標に基づいて撮像画像を複数の象限に区割りする区割り部と、区割りされた各象限において夫々異なる演算を行なってエッジ画像を検出するエッジ算出部４３と、エッジ算出部４３によって検出された全象限のエッジ画像の形状が三日月状であるか否かを判定する曲折判定部４５とを具備する。【選択図】図２
2019117269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明部と、
上記照明部によって照明された被写体からの反射光を撮像する撮像部と、
上記撮像された画像において、所定値よりも暗い暗領域の有無を判定し、上記暗領域を算出する暗領域算出部と、
上記算出した暗領域の中心座標を演算する演算部と、
上記演算された暗領域の中心座標に基づいて、上記撮像された画像を複数の象限に区割りする区割り部と、
上記区割りされた各象限のエッジ画像を検出するエッジ検出部と、
上記エッジ検出部によって検出された全象限のエッジ画像の形状が三日月状であるか否かを判定する判定部と、
を具備し、
上記エッジ検出部は、上記各象限において夫々異なる演算を行なって上記エッジ画像を検出することを特徴とする管内走行装置。
【請求項２】
上記エッジ検出部は、
上記各象限において上記演算された中心座標から撮像画像の外側方向に向かう方向にスキャンすることにより上記エッジ画像を検出することを特徴とする請求項１記載の管内走行装置。
【請求項３】
上記エッジ検出部は、
上記各象限において上記撮像画像の外側から上記演算された中心座標方向に向かう方向にスキャンすることにより上記エッジ画像を検出することを特徴とする請求項１記載の管内走行装置。
【請求項４】
上記区割り部は、４つの象限に区割りし、
上記エッジ検出部は、各象限毎に暗領域のエッジを検出することを特徴とする請求項１記載の管内走行装置。
【請求項５】
照明部によって照明された被写体からの反射光を撮像し、
上記撮像された画像において、所定値よりも暗い暗領域の有無を判定し、上記暗領域を算出し、
上記算出した暗領域の中心座標を演算し、
上記演算された暗領域の中心座標に基づいて、上記撮像された画像を複数の象限に区割りし、
上記区割りされた各象限において夫々異なる演算を行なってエッジ画像を検出し、
上記検出された全象限のエッジ画像の形状が三日月状であるか否かを判定する
ことを特徴とする管内走行装置の曲折判定方法。
【請求項６】
コンピュータに管内の曲折部位を判定させる曲折判定プログラムであって、
照明部によって照明された被写体からの反射光を撮像するステップと、
上記撮像された画像において、所定値よりも暗い暗領域の有無を判定し、上記暗領域を算出するステップと、
上記算出した暗領域の中心座標を演算するステップと、
上記演算された暗領域の中心座標に基づいて、上記撮像された画像を複数の象限に区割りするステップと、
上記区割りされた各象限において夫々異なる演算を行なってエッジ画像を検出するステップと、
上記検出された全象限のエッジ画像の形状が三日月状であるか否かを判定するステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする管内走行装置の曲折判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば水道管やガス管等の管内を走行する管内走行装置に関し、特に当該管内走行装置の進行方向における曲折を判定する曲折判定方法及び曲折判定プログラム
に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、中空の管状部材の敷設状態を調査したり、当該管状部材の内部状態を観察し検査するための装置として、管状部材の内部を走行する管内走行装置についての提案が種々なされている。
【０００３】
例えば、土中等に埋設される水道管やガス管等は、埋設された時期から相当の長時間が経過しているものが存在しているため、経年変化等による不具合等が懸念されており、その内部状態を観察し検査したいという要望がある。
【０００４】
また、これらの水道管やガス管等（以下、管等と略称する）は、埋設工事の際の資料等が散逸したり若しくは紛失しているような場合もあるため、その埋設経路等が不明なものも存在する。
【０００５】
したがって、これらの管等を対象とするメンテナンス工事を行うのに際しては、その埋設場所を特定する必要があり、そのために、これら管等の現状における敷設状態を調査したいという要望もある。
【０００６】
さらに、これらの管等は、内部直径が小さいものが多い上に、長い距離に亘って曲折を持って形成されているのが普通である。したがって、当該管等の内部を状況に応じて自在に走行し得るように、外部制御装置からの駆動制御を受けたり、若しくは自身に内蔵される制御部による駆動制御によって自走することができるように構成した形態、いわゆる自走式の管内走行装置の提案がなされている。
【０００７】
この種の従来の管内走行装置においては、管等の内壁面に対する自己の距離情報や姿勢情報と、自己の位置情報（例えば緯度経度情報）等に基づいて走行制御を行う技術が周知である。
【０００８】
例えば、管内走行装置が管内を走行する際には、管内の曲折部や分岐部において内壁面に衝突することなく、曲折部や分岐部に沿って所望の方向に向けてスムースに走行させる制御が必要である。そのために、従来の管内走行装置は、管内の曲折部や分岐部を判別して走行経路を設定すると同時に、走行中の自己の姿勢制御を行うといった制御が行われる。
【０００９】
この種の従来の管内走行装置は、例えば特開２０００−２４７２２４号公報等によって種々の形態のものが開示されている。
【００１０】
上記特開２０００−２４７２２４号公報によって開示されている管内走行装置は、姿勢情報と曲管部前後の曲折具合に関する情報とに基づいて、曲管部を通過する際の走行をスムーズに行うための姿勢目標位置を決定して走行制御を行うというものである。この場合において、曲り方向の検出にはファイバーグレーディング法を用いている。このファイバーグレーディング法とは、グリッド状の検出光群を前方に照射し、その反射光の分布状態から曲管部における曲管通過後の曲折角度を検出するというものである。
【００１１】
一方、管状物体の内部を観察し検査するための装置において、管状物体の曲折部や分岐部等を画像から判別する技術が、例えば特開２０１５−１７３８２０号公報，特開２００３−９３３２８号公報によって開示されている。
【００１２】
上記特開２０１５−１７３８２０号公報によって開示されている技術は、血管等の管状物体の画像診断を行う画像処理装置に関するものである。当該公報には、血管等の管状物体を断層撮影した画像に基づいて、当該管状物体の直管部と分岐管部とを判別する技術が開示されている。
【００１３】
上記特開２００３−９３３２８号公報によって開示されている技術は、内視鏡の挿入方向を検出するための内視鏡挿入方向検出装置に関するものである。当該公報には、照明光束が反射して生じるハレーションの形状から大腸内壁の円筒断面形状を推定し、曲がり方向を判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−２４７２２４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１７３８２０号公報
【特許文献３】特開２００３−９３３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところが、上記特開２０００−２４７２２４号公報等によって開示されている管内走行装置においては、進行方向に位置する曲管部の曲折具合を検出するための機構として、グリッド光を照射する機構や複数の測距センサが必要となる。このことから、装置が大型化すると共に製造コストが増加してしまうという問題点がある。さらに、この構成では、制御が煩雑になってしまうという問題点もある。
【００１６】
さらに、取得した画像を目視しながら管内の検査を行うためには、観察用照明が別途必要になり、よって、装置の大型化及び製造コストの増大は避けられないという問題点もある。
【００１７】
また、上記特開２０１５−１７３８２０号公報によって開示されている技術によれば、分岐部に到達した地点で取得した断層像により分岐部か否かを判定するので、分岐部まで到達するか、又は分岐部の直前まで到達しないと、分岐であるか否かの判定を行うことができないという問題点がある。
【００１８】
そして、上記特開２００３−９３３２８号公報によって開示されている技術は、体腔内等、生体内の管腔を前提とする技術であるので、管の曲がり方向の判定を行うのに、常に照明光束によるハレーションを利用することができる。しかしながら、水道管やガス管等、工業生産物による管を対象とする場合、管内の状態によっては、ハレーションが発生しない状況もあり得る。その場合には、当該公報に開示されている技術を曲がり判定に利用することができないという問題点がある。
【００１９】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、走行中の管内走行装置が取得する通常観察用の画像データに基づいて曲管部を検出する際、確実に管の屈曲方向を検出できる管内走行装置と、この管内走行装置の曲折判定方法及び曲折判定プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の管内走行装置は、照明部と、上記照明部によって照明された被写体からの反射光を撮像する撮像部と、上記撮像された画像において、所定値よりも暗い暗領域の有無を判定し、上記暗領域を算出する暗領域算出部と、上記算出した暗領域の中心座標を演算する演算部と、上記演算された暗領域の中心座標に基づいて、上記撮像された画像を複数の象限に区割りする区割り部と、上記区割りされた各象限のエッジ画像を検出するエッジ検出部と、上記エッジ検出部によって検出された全象限のエッジ画像の形状が三日月状であるか否かを判定する判定部と、を具備し、上記エッジ検出部は、上記各象限において夫々異なる演算を行なって上記エッジ画像を検出する。
【００２１】
本発明の一態様の管内走行装置の曲折判定方法は、照明部によって照明された被写体からの反射光を撮像し、上記撮像された画像において、所定値よりも暗い暗領域の有無を判定し、上記暗領域を算出し、上記算出した暗領域の中心座標を演算し、上記演算された暗領域の中心座標に基づいて、上記撮像された画像を複数の象限に区割りし、上記区割りされた各象限において夫々異なる演算を行なってエッジ画像を検出し、上記検出された全象限のエッジ画像の形状が三日月状であるか否かを判定する。
【００２２】
本発明の一態様の管内走行装置の曲折判定プログラムは、コンピュータに管内の曲折部位を判定させる曲折判定プログラムであって、照明部によって照明された被写体からの反射光を撮像するステップと、上記撮像された画像において、所定値よりも暗い暗領域の有無を判定し、上記暗領域を算出するステップと、上記算出した暗領域の中心座標を演算するステップと、上記演算された暗領域の中心座標に基づいて、上記撮像された画像を複数の象限に区割りするステップと、上記区割りされた各象限において夫々異なる演算を行なってエッジ画像を検出するステップと、上記検出された全象限のエッジ画像の形状が三日月状であるか否かを判定するステップと、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、
走行中の管内走行装置が取得する通常観察用の画像データに基づいて曲管部を検出する際、ハレーションの影響を受けずに、確実に管の三日月状部を検出できる管内走行装置と、この管内走行装置の曲折判定方法及び曲折判定プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態の管内走行装置の概略構成を示す図
【図２】図１の管内走行装置の内部構成の主要部を示すブロック構成図
【図３】図１の管内走行装置が管状部材の内部を走行する際のようすを簡単に示す概念図
【図４】図３に示す管状部材の内部を管内走行装置が走行している場合において、当該管内走行装置の撮像ユニットが図３の符号［Ａ］で示す位置で取得した画像の例を示す図
【図５】図３に示す管状部材の内部を管内走行装置が走行している場合において、当該管内走行装置の撮像ユニットが図３の符号［Ｂ］で示す位置で取得した画像の例を示す図
【図６】本発明の第１の実施形態の管内走行装置におけるカーブ検出処理のフローチャート
【図７】図４の画像データに基づいて二値化処理を実行した場合に生成される二値化画像の例示
【図８】図５の画像データに基づいて二値化処理を実行した場合に生成される二値化画像の例示
【図９】図６のフローチャートにおいて中心算出処理を説明する図であって、暗画素領域を包含する矩形領域を求めるために、矩形領域の各辺の座標を求める手順を説明する図
【図１０】図６のフローチャートにおいて中心算出処理を説明する図であって、暗画素領域を包含する矩形領域を求めた後、この矩形領域の中心座標を求める際の手順を説明する図
【図１１】図５の画像データに基づいて行われるエッジ算出処理を説明する図
【図１２】エッジ算出処理によって算出されたエッジ成分画像を示す図
【図１３】図１２のエッジ成分画像に二値化処理を施して得られるエッジ成分の二値化画像を示す図
【図１４】エッジ算出処理を概念的に説明する図であって、図５の画像データにおいて曲管部の影領域を示す図
【図１５】エッジ算出処理を施すのに際し、画像の中心位置を基準として画像全体を四象限に分割した場合の概念図
【図１６】図１３のエッジ成分二値化画像に対して収縮膨張処理を施して孤立画素を除去した後の二値画像を示す図
【図１７】図１６の孤立画素除去後の二値画像に対してラベリング処理を施した後の二値化画像を示す図
【図１８】図１７のラベル領域を示す二値化画像に基づいて曲管部の有無の判定を行う処理を説明する図
【図１９】曲管部の有無を判定する手段として円弧近似による判定を説明する図
【図２０】本発明の第１の実施形態の管内走行装置の他の適用例を説明する図であって、管内走行装置が管状部材の内部を走行する際に前方にＴ字分岐部がある場合の例を示す概念図
【図２１】図２０の管状部材の内部を管内走行装置が走行している場合において、当該管内走行装置の撮像ユニットが図２０の符号［Ｃ］で示す位置で取得した画像の例を示す図
【図２２】図２１の画像データに基づいてエッジ算出処理によって算出されたエッジ成分画像を示す図
【図２３】図２２のエッジ成分画像を二値化処理，収縮膨張処理による孤立画素除去処理，ラベリング処理後の二値化画像を示す図
【図２４】本発明の第２の実施形態の管内走行装置の内部構成の主要部を示すブロック構成図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図示の実施の形態によって本発明を説明する。以下の説明に用いる各図面は模式的に示すものであり、各構成要素を図面上で認識できる程度の大きさで示すために、各部材の寸法関係や縮尺等を各構成要素毎に異ならせて示している場合がある。したがって、本発明は、各図面に記載された各構成要素の数量や各構成要素の形状や各構成要素の大きさの比率や各構成要素の相対的な位置関係等に関して、図示の形態のみに限定されるものではない。
【００２６】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の管内走行装置の概略構成を示す図である。図２は、図１の管内走行装置の内部構成の主要部を示すブロック構成図である。図３は、図１の管内走行装置が管状部材の内部を走行する際のようすを簡単に示す概念図である。
【００２７】
まず、本実施形態の管内走行装置の概略構成を、主に図１，図２を用いて説明する。
【００２８】
本実施形態の管内走行装置１０は、例えば水道管やガス管等の比較的小径の管状部材１００（図１，図３参照）の内部を内壁面に沿って進退自在に走行するように構成される装置である。
【００２９】
ここで、当該管内走行装置１０の進行方向を、図面において矢印Ｘで示す。そして、当該管内走行装置１０が進行方向Ｘに沿って矢印方向に走行するとき、当該管内走行装置１０における進行方向Ｘ寄りの端部を「前端」若しくは「前側」というものとする。同様に、当該管内走行装置１０における進行方向Ｘとは反対側の端部を「後端」若しくは「後側」というものとする。また、当該管内走行装置１０が内部を走行する管状部材１００の内径を、図１において符号Ｄで示している。
【００３０】
上記管内走行装置１０は、装置本体１０ａと、撮像ユニット１１と、照明ユニット１２と、複数の車輪１３と、制御部２１と、一時記憶部（バッファ）２２と、通信ユニット２３と、電源ユニット２４等を有して構成されている。
【００３１】
装置本体１０ａは、当該管内走行装置１０の各種構成ユニットを内蔵する筐体であり、当該管内走行装置１０の基本構造物である。この装置本体１０ａの内部に、撮像ユニット１１，照明ユニット１２，制御部２１，一時記憶部２２，通信ユニット２３，電源ユニット２４等の各種構成ユニットが収納配置されている。また、当該装置本体１０ａの両側部に複数の車輪１３が設けられている。
【００３２】
なお、本実施形態の管内走行装置１０においては、装置本体１０ａの各側部に２個ずつの車輪１３を設けた例を示している。この場合において、当該管内走行装置１０の前端の一対の車輪１３を前側車輪１３Ｆと呼称する。また、当該管内走行装置１０の後端の一対の車輪１３を後側車輪１３Ｒと呼称する。
【００３３】
撮像ユニット１１は、当該管内走行装置１０（の装置本体１０ａ）の一端部に設けられ、当該管内走行装置１０の進行方向Ｘにおける前方の管内画像を取得する画像取得部である。この撮像ユニット１１は、後述する制御部２１によって制御される。当該撮像ユニット１１は、光学部１１ａと、撮像部１１ｂ等によって構成されている。
【００３４】
ここで、光学部１１ａは、被写体の光学像（被写体像）を結像させる複数の光学レンズ等からなる撮像光学系と、これら複数の光学レンズを保持する鏡筒部材等によって構成されている。また、光学部１１ａには、焦点調節機構（オートフォーカス（ＡＦ）機構）や光量調節機構等を含めて構成してもよい。
【００３５】
また、撮像部１１ｂは、照明ユニット１２（照明部）によって照明された被写体からの反射光を撮像する撮像部である。詳しくは、当該撮像部１１ｂは、上記光学部１１ａによって結像された被写体像を受けて光電変換を行ってアナログ画像信号を出力する光電変換素子等の撮像素子と、この撮像素子を駆動する撮像駆動回路や、当該撮像素子から出力される画像信号（アナログ信号）に基づいて所定の形態のデジタル画像データに変換処理するＡＤ（アナログ−デジタル）変換部と、生成されたデジタル画像データに基づいて種々の画像処理回路等を実装した電気基板等によって構成されている。なお、当該撮像部１１ｂによって生成される画像データは、通常観察用の画像を表す一般的な通常の画像データである。
【００３６】
そして、上記光学部１１ａは、当該管内走行装置１０の前方に向けて配設されている。そして、この光学部１１ａの後方に撮像部１１ｂが配設されている。ここで、本実施形態の管内走行装置１０を使用する際には、上記撮像ユニット１１が設けられている一端側が進行方向Ｘの前方を向くように配置される。これにより、当該撮像ユニット１１は、管内走行装置１０の進行方向Ｘにおける（前方の）管内画像を取得することができるようになる。
【００３７】
また、撮像ユニット１１は、装置本体１０ａの前面において、略中心部分に配置されているのが望ましい。この場合において、特に、撮像ユニット１１の光学部１１ａの撮像光学系の光軸Ｏ（図２参照）が装置本体１０ａの前面の略中心部分に配置されているのが望ましい。図１において、点線で示す符号Ｖは、撮像ユニット１１の撮像範囲（画角）を概略的に示している。
【００３８】
なお、撮像ユニット１１自体の構成は、従来一般に実用化されている形態の撮像装置等に適用される撮像ユニットをそのまま適用し得る。したがって、撮像ユニット１１についてのこれ以上の詳細説明は省略する。
【００３９】
照明ユニット１２は、当該管内走行装置１０の進行方向Ｘの前方に向けて照明光を照射する構成ユニットである照明部である。この照明ユニット１２は、後述する制御部２１によって制御される。
【００４０】
本実施形態において照明ユニット１２は、複数（二つ）設けられている。これら複数の照明ユニット１２は、装置本体１０ａの前面において、周縁部近傍に配置されている。この場合において、複数の照明ユニット１２は、上記撮像ユニット１１を挟んで対向するように配置されている。図１において、一点鎖線で示す符号Ｌは、照明ユニット１２から出射される照明光の照射範囲を概略的に示している。
【００４１】
なお、照明ユニット１２は、例えばＬＥＤ（light emitting diode:発光ダイオード）等の発光源と、この発光源を駆動する照明駆動回路等によって構成される一般的な構成の照明ユニットと同様のものが適用される。したがって、照明ユニット１２についてのこれ以上の詳細説明は省略する。
【００４２】
複数の車輪１３は、上述したように、装置本体１０ａの両側部に（本実施形態では各側部に２個ずつ）設けられ、当該管内走行装置１０の装置本体１０ａを管状部材１００の内部においてスムースに走行させるために設けられる構成部材である。
【００４３】
そのために、複数の車輪１３は、図２に示す矢印Ｒ１方向の回転と、同図２に示す矢印Ｒ２方向の回転とを、適宜所定のタイミングにより行なうことができるように構成されている。
【００４４】
複数の車輪１３は、不図示の進退駆動用モータの駆動力を受けて回転軸１３ａ（図２参照）を回転中心として、図２に示す矢印Ｒ１方向に正逆回転する。このとき、当該管内走行装置１０は、管状部材１００の管内において進行方向Ｘに沿う方向に進退移動する。
【００４５】
なお、上記進退駆動用モータ（不図示）は、複数の車輪１３のそれぞれに設けて構成してもよい。また、複数の車輪１３のうちの前端の一対の車輪１３のみに各一個ずつ設けた構成としてもよい。この場合、後端の一対の車輪１３は、進退駆動用モータからの駆動力を受けずに回転する従動輪となる。また、進退駆動用モータ（不図示）を一つのみ設けて構成することもできる。この場合には、進退駆動用モータ（不図示）の駆動力を前端の一対の車輪１３に按分させて伝達する機構を設けることで対応できる。
【００４６】
一方、複数の車輪１３は、不図示の操舵駆動用モータの駆動力を受けて回転軸１３ｂ（図２参照）を回転中心として、同図２に示す矢印Ｒ２方向に正逆回転する。
【００４７】
当該管内走行装置１０を走行させる管状部材１００は、直線部分のみで形成されているものではなく、例えば進行方向Ｘに対して所定の角度で折れ曲がる部位である曲管部１００ｂ（図３参照）等が存在する。
【００４８】
そこで、このような曲管部等において、管内走行装置１０をスムースに走行させるために、本実施形態の管内走行装置１０には、所定の操舵機構（ステアリング機構；不図示）が設けられている。そして、この操舵機構（不図示）は、複数の車輪１３を図２の矢印Ｒ２方向へ回転させる。この操舵機構（不図示）は、上記操舵駆動用モータ（不図示）の駆動力を受けて作用する。
【００４９】
この場合において、上記操舵駆動用モータ（不図示）は、複数の車輪１３のそれぞれに設けて構成してもよい。また、複数の車輪１３のうちの前端の一対の車輪１３のみに各一個ずつ設けた構成としてもよい。この場合、後端の一対の車輪１３は、操舵駆動用モータからの駆動力を受けずに回転する従動輪となる。また、操舵駆動用モータ（不図示）を一つのみ設けて構成することもできる。この場合には、操舵駆動用モータ（不図示）の駆動力を前端の一対の車輪１３に按分させて伝達するステアリング機構を設けることで対応できる。
【００５０】
なお、複数の車輪１３は、上述したように、操舵機構（不図示）によって図２の矢印Ｒ２方向に回転させることができる。この場合において、複数の車輪１３は、進行方向Ｘに対して角度略９０度となる位置まで回転させることができるように構成されている。
【００５１】
そして、複数の車輪１３が、この状態とされたときに、当該複数の車輪１３を図２の矢印Ｒ１方向に回転させると、当該管内走行装置１０を、管状部材１００の管内において周方向に回転させることができる。これにより、当該管内走行装置１０の管内における周方向の姿勢を調整することができるように構成されている。
【００５２】
また、複数の車輪１３は、当該管内走行装置１０が管状部材１００の内部に挿入されたときに、当該管内走行装置１０（の装置本体１０ａ）の両側面に対向する位置に設けられる管状部材１００の両内壁面に向けた付勢力を付加されて構成されている。
【００５３】
なお、上記付勢力は、例えばコイルバネ等の付勢部材の付勢力が用いられる（この場合における具体的な構成は省略する）。そして、この付勢力により、上記複数の車輪１３は内壁面に向けて付勢されている。したがって、複数の車輪１３が管状部材１００の両内壁面に向けて常に押し当てられていることにより、当該管内走行装置１０は、当該管状部材１００の内部において所定の姿勢が維持されるように構成されている。
【００５４】
また、複数の車輪１３周りの構成のうち、例えば進退駆動機構，操舵駆動機構については、いずれも後述する制御部２１によって制御される。なお、上記複数の車輪１３周りのその他の構成については、本発明に直接的に関連しない部分であるので、その説明及び図示は省略する。
【００５５】
制御部２１は、本実施形態の管内走行装置１０の全体を統括的に制御する制御回路等からなる。この制御部２１は、例えばカーブ検出部３１と、姿勢制御部３２等を有して構成されている。ここで、制御部２１は、上述した以外にも各種の回路部等を有して構成されているものであるが、それら不図示の回路部等については、本発明の直接的に関連しない部分であるので、その図示及び説明は省略する。
【００５６】
カーブ検出部３１は、撮像ユニット１１によって取得された画像データに基づいて、当該管内走行装置１０の進行方向（の前方）に曲管部が存在するか否かを判定する回路部である。またさらに、当該カーブ検出部３１は、当該管内走行装置１０の進行方向（の前方）に曲管部が存在すると判定された場合には、曲管部の曲折方向を検出して、当該管内走行装置１０の進行方向（曲折方向）を判定するための回路部でもある。
【００５７】
即ち、カーブ検出部３１は、管状部材１００内を走行中の管内走行装置１０の進行方向の前方の曲管部の存在を判定し、曲管部の存在が確認されたときには、その曲折方向を検出するためのカーブ検出処理を施す回路部である。
【００５８】
そのために、当該カーブ検出部３１は、暗領域算出部４１と、中心算出部４２と、エッジ算出部４３と、候補抽出部４４と、曲折判定部４５等の回路部を有して主に構成されている。
【００５９】
暗領域算出部４１は、撮像ユニット１１によって取得された画像データに基づいて、所定値よりも暗い暗領域の有無を判定し、画像中の当該暗領域を算出し画像化する回路部である。具体的には、暗領域算出部４１は、例えば撮像ユニット１１によって取得された画像データの二値化処理等を行って、白黒二値化画像（以下、単に二値化画像という）を表す画像データを生成する（詳細後述；図７，図８参照）。
【００６０】
中心算出部４２は、暗領域算出部４１によって生成した画像データ（二値化画像）に基づいて、当該二値化画像（暗領域）の中心位置（管状部材１００の中心位置）の座標を演算し算出して判定する演算部である（詳細後述；図９，図１０参照）。
【００６１】
エッジ算出部４３は、撮像ユニット１１によって取得された画像データと、中心算出部４２によって算出された画像の中心位置（管状部材１００の中心位置）情報とに基づいて、暗領域（管状部材１００の曲管部）のエッジ成分を算出し画像化するエッジ画像取得部である（詳細後述；図１１〜図１５参照）。
【００６２】
ここで、エッジ算出部４３は、上記中心算出部４２によって算出された暗領域の中心座標に基づいて、上記画像データを複数の象限に区割りする区割り部であり、この区割りされた各象限において夫々異なる演算を行なってエッジ画像を検出するエッジ検出部である。
【００６３】
候補抽出部４４は、エッジ算出部４３によって取得されたエッジ画像に基づいて、二値化処理等を行って曲管部により形成される影部（三日月領域の候補領域；詳細後述）を算出し、コントラスト差が所定以上の画像を抽出するコントラスト画像取得部である（詳細後述；図１３，図１６，図１７参照）。
【００６４】
曲折判定部４５は、候補抽出部４４によって取得された画像（三日月領域画像；詳細後述）と、中心算出部４２によって算出された管状部材１００の中心位置情報とに基づいて、管状部材１００の曲管部１００ｂの有無の判定と、曲管部１００ｂが存在する場合の曲折方向の判定とを行う回路部である（詳細後述；図１８，図１９参照）。
【００６５】
ここで、曲折判定部４５は、エッジ算出部４３（エッジ検出部）によって検出された全象限のエッジ画像の形状が三日月状であるか否かを判定する判定部である。
【００６６】
この場合において、曲折判定部４５は、画像の中心位置に対してコントラスト差が所定以上の領域が存在する方向を曲折方向であると判定する。これにより、管状部材１００の内部を走行中の管内走行装置１０の進行方向の前方の曲管部１００ｂにおける曲折方向が判定できる。したがって、当該管内走行装置１０は、当該曲管部１００ｂに到達する前に、曲折すべき方向を判定し、確実かつスムースに姿勢を制御して、管内走行を継続することができる。
【００６７】
姿勢制御部３２は、管状部材１００の内部を走行中の管内走行装置１０の姿勢を制御する回路部である。具体的には、例えば姿勢制御部３２は、カーブ検出部３１にて得られた曲管部１００ｂに関する情報（曲管部の有無情報や曲管部の曲折方向情報等）に基づいて、当該曲管部１００ｂを確実かつスムースに走行し通過するための管内走行装置１０の姿勢や位置の制御を行う。そのために、姿勢制御部３２は、進退駆動用モータ（不図示）の回転量（即ち進退時の移動量）や、操舵駆動用モータ（不図示）の回転量（即ち操舵時の操舵角度）等を制御して、上記複数の車輪１３の駆動制御を行う。
【００６８】
一時記憶部（バッファ）２２は、撮像ユニット１１から出力されたデジタル画像データを一時的に記憶する一時記憶領域である。
【００６９】
通信ユニット２３は、当該管内走行装置１０とは別体に設けられる外部制御装置等との間で通信を行うための機能を備えた構成ユニットである。この通信ユニット２３は、例えば、外部制御装置等からの所定の制御信号を受けたり、撮像ユニット１１によって取得された画像データを外部制御装置等へと転送する等、各種の信号を送受信する。この通信ユニット２３は、例えば無線通信若しくは有線通信等の各種の形態のものを適用することができる。
【００７０】
なお、通信ユニット２３の構成としては、従来の電子機器間で行われる通信機能を備えていればよく、従来一般に実用化されているものが適用できるものとして、その詳細な説明及び図示は省略する。
【００７１】
電源ユニット２４は、管内走行装置１０の全体に電力を供給する構成ユニットである。電源ユニット２４は、例えば充電式バッテリ等が適用される。なお、電源ユニット２４は、外部からの電力供給を受ける構成ユニットとして構成されていてもよい。この場合には、電源ユニット２４は、外部送電装置（不図示）からの電力供給を受電して、当該管内走行装置１０への電力供給制御を行う。
【００７２】
このように構成された本実施形態の管内走行装置１０の作用を、図３〜図１９を用いて以下に説明する。
【００７３】
本実施形態の管内走行装置１０は、装置本体１０ａの前端に配設されている撮像ユニット１１によって、管状部材１００の内部における進行方向Ｘの前方の状況の画像を取得しながら、当該管状部材１００の内部を進行方向Ｘに沿って走行する。
【００７４】
管状部材１００の内部は、一般的に筒状の両端開口を除いて閉鎖空間となっており、内部は遮光された環境にある。したがって、管内走行装置１０は、当該管状部材１００の内部を走行する際には、照明ユニット１２を駆動して、進行方向Ｘの前方に向けて照明光を照射して、管内の前方視野を確保する。
【００７５】
また、管状部材１００は、図３に示すように、直管部１００ａと、曲管部１００ｂとを有して形成されているのが一般である。ここで、図３に示す例は、直管部１００ａの進行方向Ｘの前方に曲管部１００ｂが設けられている場合を想定している。
【００７６】
なお、曲管部としては、図３に示される形態のように、直管部１００ａに対して角度略９０度で曲折する形態の他にも、例えば角度９０度以上（鈍角）で曲折する形態の場合もあり得る。さらに、直管部から分岐する形態もある（後述の図２０〜図２２参照）。
【００７７】
このような形態（図３に示す形態）の管状部材１００の内部を管内走行装置１０が走行している場合において、当該管内走行装置１０の撮像ユニット１１が、図３の符号［Ａ］で示す位置で取得した画像の例を図４に示す。同様に、当該管内走行装置１０の撮像ユニット１１が、図３の符号［Ｂ］で示す位置で取得した画像の例を図５に示す。
【００７８】
ここで、管内走行装置１０が図３の符号［Ａ］で示す位置にあるとき、当該管内走行装置１０は管状部材１００の直管部１００ａにある。また、管内走行装置１０が図３の符号［Ｂ］で示す位置にあるとき、当該管内走行装置１０は管状部材１００の曲管部１００ｂにある。
【００７９】
まず、管内走行装置１０が管状部材１００の直管部１００ａの［Ａ］位置（図３参照）にあるとき、曲管部１００ｂは進行方向Ｘの前方においてやや遠方にあるものとする。この［Ａ］位置で取得される画像５１Ａ（図４参照）は、画像中心部近傍から画像周辺領域に向けて明るさが（暗から明となるように）放射状に変化している。これは、管状部材１００の内壁面を照射する照明ユニット１２からの照明光が、当該管内走行装置１０から遠ざかるにつれて徐々に減光するためである。
【００８０】
また、同画像５１Ａの画像中心部分には、略円形状の明るい領域が見られる。この領域は、前方に曲管部１００ｂの内壁が存在していることから、この内壁に反射する照明光のためである。したがって、直管部１００ａを走行中に撮像ユニット１１によって取得される画像において、画像中心部分が完全な暗領域となっている場合には、進行方向Ｘの前方において照明ユニット１２の照明光が到達する範囲内に曲管部１００ｂの内壁が存在しないことが、当該画像データに基づいて推定できる。
【００８１】
一方、管内走行装置１０が管状部材１００の直管部１００ａの［Ｂ］位置（図３参照）にあるとき、曲管部１００ｂは進行方向Ｘの前方において近い位置にあるものとする。この［Ｂ］位置で取得される画像５１Ｂ（図５参照）は、画像周辺領域は内壁面への反射により、画像中心部分は曲管部１００ｂの正面内壁面への反射（図３の符号Ｓ１参照）により明るい領域となっている一方、曲管部１００ｂの曲折方向の所定の領域には、高コントラスト領域（影領域；符号ＨＣ参照）が見られる。このような高コントラスト領域ＨＣ（影領域）が見られるのは、照明ユニット１２からの照射光が曲管部１００ｂの曲折方向側の内壁面によって遮光されるためである（図３の符号Ｓ２参照）。
【００８２】
そこで、本実施形態の管内走行装置１０においては、撮像ユニット１１によって取得される画像データによって表される画像に基づいて、当該画像内に上述のような高コントラスト領域ＨＣ（影領域）が存在するか否かを判定することで曲管部１００ｂの有無を検出する。また、高コントラスト領域ＨＣ（影領域）の存在が判定されて曲管部１００ｂの存在が検出された場合には、当該画像内における当該高コントラスト領域ＨＣ（影領域）の画像中心に対する位置を算出することによって、曲管部１００ｂの曲折方向を判定する。
【００８３】
そのための「カーブ検出処理」について、以下に詳述する。カーブ検出処理は、制御部２１内のカーブ検出部３１によって実行される。図６は、本実施形態の管内走行装置におけるカーブ検出処理のフローチャートである。
【００８４】
まず、管内走行装置１０が、図３に示すように、管状部材１００の内部を走行しているものとする。このとき、管内走行装置１０の制御部２１は、照明ユニット１２を制御して進行方向Ｘの前方への照明光の照射を行っている。同時に、同制御部２１は、撮像ユニット１１を制御して進行方向Ｘの前方の画像データを取得する。この場合において、撮像ユニット１１によって取得される画像データとしては、例えば所定のフレームレート（例えば30fps，60fps等）の動画像データであってもよいし、例えば所定時間間隔毎に静止画像データを取得する形態であってもよい。
【００８５】
このようにして撮像ユニット１１によって取得された画像データは、一時記憶部２２に連続的に一時記憶される。
【００８６】
制御部２１は、図６のステップ１１において、一時記憶部（バッファ）２２に記憶された画像データを読み込む（画像データ入力）。この画像データ入力ステップにおいて読み込まれる画像データの形態は、静止画データの場合は、取得される都度読み込むようにすればよい。また、動画像データの場合は、所定のフレームレートで取得された画像データのうちの一フレームを処理の対象とすればよい。
【００８７】
続いて、ステップＳ１２において、制御部２１は、暗領域算出部４１を制御して、上述のステップＳ１１にて読み込んだ画像データに基づく暗領域算出処理を実行する。ここで、暗領域算出処理は、撮像ユニット１１によって取得された画像データに対して、画素値が小さい暗画素群（暗画素領域）を抽出する二値化処理等を行う。この二値化処理によって二値化画像を表す二値化画像データを生成する。
【００８８】
こうして生成される二値化画像データによって表される二値化画像は、例えば図７，図８において示すような画像である（符号５２Ａ，５２Ｂ）。ここで、図７は、管状部材１００の直管部１００ａの［Ａ］位置で取得された画像データ（図４の画像５１Ａ）に基づいて二値化処理を実行した場合に生成される二値化画像の例示である。同様に、図８は、管状部材１００の直管部１００ａの［Ｂ］位置で取得された画像データ（図５の画像５１Ｂ）に基づいて二値化処理を実行した場合に生成される二値化画像の例示である。なお、図７，図８において、符号Ｄａで示す領域が暗画素群（暗画素領域）である。
【００８９】
上記二値化処理は、閾値処理による二値化処理であり、次の式（１）による。
【数１】
2019117269.tif 000003
ここで、Ｉｇ（ｘ，ｙ）は、画像の座標（ｘ，ｙ）におけるＲＧＢ値のＧ成分の値を表している。また、ｔｈは二値化処理の閾値を表す。Ｉｄ（ｘ，ｙ）は二値化処理後の画素値を表している。ここで、画素値が０（ゼロ）となる画素が抽出対象とする暗画素である。
【００９０】
なお、上記式（１）においては、入力される画像データが８ビット（ｂｉｔ）の場合を例示しているが、これに限らず、それ以外のビット長の入力画像データであっても同様に適用することはできる。
【００９１】
また、上記式（１）においては、二値化処理をＧ成分に対して適用する例を示しているが、これに限ることはなく、例えばＲ，Ｇ，Ｂから所定の計算式を用いて算出した輝度データやグレースケール化した後の画像データに適用することもできる。
【００９２】
さらに、上述の二値化処理や、後述する各処理において、入力された画像データに含まれるノイズ等の影響を回避するために、例えば、各処理の実行前に、予め画像データに対する縮小リサイズ処理やローパスフィルタ処理等の平滑化処理を施すようにしてもよい。
【００９３】
さらにまた、二値化処理の閾値は、所定の固定値に限ることなく、例えば画像データのヒストグラム等に基づいて自動的に決定するようにしてもよい。
【００９４】
図６に戻って、上述のステップＳ１２の暗領域算出処理が終了したら、次のステップＳ１３の中心算出処理に進む。
【００９５】
ステップＳ１３において、制御部２１は、中心算出部４２を制御して、上述のステップＳ１２にて生成された二値化画像データに基づく中心算出処理を実行する。ここで、中心算出処理は、上記二値化画像データによって表される二値化画像における暗画素群（暗画素領域Ｄａ）を包含する領域の中心位置を算出する処理である。
【００９６】
一般に、水道管やガス管等の管状部材１００の内部環境では、直管部１００ａにおける進行方向Ｘの前方に照明光を反射する物体が存在しない場合、当該照明光は反射されることなく、二値化画像は暗画素となる（図７参照）。このため、当該暗画素領域Ｄａ及びその中心位置を算出すれば、当該管内走行装置１０の走行すべき進行方向を判定することができる。
【００９７】
また、当該管状部材１００において進行方向Ｘの前方に、例えば曲管部１００ｂ等による壁面が存在する場合の二値化画像における暗画素領域Ｄａは、図８に示すように、略円環形状となる。このため、当該円環形状の暗画素領域Ｄａの中心位置は、同様に進行方向であると判定することができる。
【００９８】
この場合において、暗画素領域Ｄａの中心位置は、例えば暗画素領域Ｄａを包含する矩形領域を求めた後、その矩形領域の中心座標を中心位置として算出することができる。
【００９９】
ここで、図９，図１０は、中心算出処理を説明する図である。図９は、暗画素領域Ｄａを包含する矩形領域を求めるために、当該矩形領域の各辺の座標を求める手順を説明する図である。図１０は、暗画素領域Ｄａを包含する外接矩形領域Ｒｅを求めた後、この外接矩形領域Ｒｅの中心座標（ｃｘ，ｃｙ）を求める際の手順を説明する図である。なお、図９，図１０に示す例では、管状部材１００の直管部１００ａの［Ｂ］位置で取得された画像データ（図５の画像５１Ｂ）に基づいて二値化処理して生成される二値化画像（図８の画像５２Ｂ）における中心位置Ｃを求める場合を示している。
【０１００】
即ち、まず、暗領域算出部４１から出力される二値化画像データに基づいて、暗画素領域Ｄａの左右端のｘ座標（ｌｘ，ｒｘ）と、同暗画素領域Ｄａの上下端のｙ座標（ｕｙ，ｄｙ）を探索（スキャン）することによって、暗画素領域Ｄａを包含する外接矩形領域Ｒｅ（図１０参照）が求められる。そして、この外接矩形領域Ｒｅの中心位置Ｃの座標は、式(２)によって算出する。
【数２】
2019117269.tif 000004
ここで、暗画素領域Ｄａの中心位置Ｃのｘ座標をｃｘで表し、同ｙ座標をｃｙで表す。図１０においては中心位置Ｃは座標（ｃｘ，ｃｙ）で表している。
【０１０１】
なお、本実施形態においては、上述したように、暗画素領域Ｄａの外接矩形領域Ｒｅから中心位置Ｃの座標を算出する例を示しているが、別の手段で求めることもできる。
【０１０２】
例えば、公知のラベリング処理により連結された暗領域を抽出し、その中心位置Ｃを計算することも可能である。また、管内走行装置自体の位置・姿勢が管内の中心位置Ｃから大きく変わらない場合は、映像信号の中心位置Ｃを固定値として使用しても良い。
【０１０３】
図６に戻って、上述のステップＳ１３の中心算出処理が終了したら、次のステップＳ１４のエッジ算出処理に進む。
【０１０４】
ステップＳ１４において、制御部２１は、エッジ算出部４３を制御して、上述のステップＳ１１において入力された画像データ（撮像ユニット１１にて取得され一時記憶部２２に一時記憶された画像データ）と、上述のステップＳ１３にて求めた暗画素領域Ｄａの中心位置Ｃデータとに基づいてエッジ算出処理を実行する。ここで、エッジ算出処理は、曲管部１００ｂの高コントラスト領域ＨＣ（影領域）を抽出するための前段階処理であり、画像のエッジ成分を算出する処理である。
【０１０５】
上述したように、本実施形態の管内走行装置１０においては、撮像ユニット１１によって取得される画像データによって表される画像に基づいて、当該画像内の高コントラスト領域ＨＣ（影領域）を抽出することで曲管部１００ｂの有無を検出する。
【０１０６】
図１１は、管状部材１００の直管部１００ａの［Ｂ］位置で取得された画像データ（図５の画像５１Ｂ）に基づいて行われるエッジ算出処理を説明する図である。
【０１０７】
図１１に示すように、当該画像データに基づいて表される画像５１Ｂには、曲管部１００ｂの存在する部分に、略三日月形状からなる高コントラスト領域ＨＣ（影領域）が見られることが分かる。
【０１０８】
これは、曲管部１００ｂの手前にあって、当該曲管部１００ｂに近い位置から見たとき、画像中の周辺部分は、撮像ユニット１１から近い位置にある内壁面である。したがって、近距離にある内壁面に照射される照明光の反射は明るく撮像されることになる（図１１の符号Ｂｒ参照）。その一方、曲管部１００ｂの存在している近傍部分では照明光が遮られて影となる部分（図１１の符号ＨＣ参照）ができる。
【０１０９】
即ち、図１１において点線で囲んだ楕円形領域内において、中心位置Ｃから周辺へ向かう輝度勾配は、暗から明へと大きく変化している。したがって、本実施形態においては、この輝度勾配の特徴に基づいて、暗領域の中心位置Ｃを基準とする放射方向のエッジ成分Ｅ（図１１参照）を算出する（エッジ算出処理）ことによって、略三日月形状の高コントラスト領域ＨＣ（影領域）を抽出するようにしている（後述する候補抽出処理；図１３参照）。
【０１１０】
図１２は、エッジ算出処理によって算出されたエッジ成分画像５３Ｂを示す図である。この図１２に示すように、暗画素ほどエッジ成分の値が大きくなり、明るい画素ほどエッジ成分の値が小さい。つまり、影領域である高コントラスト領域周辺のエッジ成分Ｅｄが大きくなり、この領域Ｅｄは略三日月形状になることが分かる。
【０１１１】
図１３は、図１２のエッジ成分画像５３Ｂに二値化処理を施して得られるエッジ成分の二値化画像５４Ｂを示す図である。この図１３に示すように、エッジ成分Ｅｄの二値化画像処理によって、略三日月形状の連結領域Ｅｃが抽出される（この処理は後述の候補抽出処理参照）。
【０１１２】
図１４，図１５は、エッジ算出処理を概念的に説明する図である。上述したように、本実施形態におけるエッジ算出処理は、暗領域の中心位置Ｃを基準とする放射方向のエッジ成分Ｅを算出する。エッジ成分を算出する一例として、次のような手段が考えられる。
【０１１３】
まず、エッジ算出部４３は、上述の中心算出部４２にて得られた中心位置Ｃを基準として、画像全体を四象限（１Ｑ，２Ｑ，３Ｑ，４Ｑ）に分割し、各象限に応じて適応処理する（図１４，図１５参照）。
【０１１４】
具体的には、処理の対象となる画素が位置する象限に応じて適応するエッジ成分の計算を行う。このエッジ成分の計算は、対象画素を基準とする局所領域内の画素同士の空間微分により行う。
【０１１５】
図１４，図１５において、対象画素が第１象限に位置する場合を例にすると、式（３）の演算で計算できる。
【数３】
2019117269.tif 000005
ここで、Ｉｅ（ｘ，ｙ）は、対象画素（ｘ，ｙ）におけるエッジ成分の値を表す。式（３）においては、放射方向に空間微分値を計算することを意味する。即ち、曲管部１００ｂの影領域ＨＣ（図１４参照）上における画素を対象画素とした場合、対象画素は暗画素となる一方、放射方向外側の画素は明画素となるため、微分値は大きな値となる。
【０１１６】
一方、対象画素が曲管部１００ｂではない場合は、対象画素近傍の輝度勾配が滑らかに連続性を持って変化するため、エッジ成分の値は小さくなる。このように、エッジ成分の大きさを利用することで、略三日月形状の領域を抽出することができる。
【０１１７】
なお、本実施形態においては、四つの象限のそれぞれに応じた四つのパターンの適応するエッジ計算を行うようにしたが、これに限られることはない。例えば、画素単位で位置に応じて適応するエッジ計算を行うようにしてもよい。
【０１１８】
また、曲管部１００ｂの近傍における影領域と、それ以外のエッジ成分の値との間でより有意な差をつけるために、例えば対象画素の画素値に応じて計算したエッジ成分に重み付けを施してもよい。具体的には、対象画素の画素値が低いほど値が大きくなるような重み係数を適用することで、影領域以外の画素のエッジ成分を相対的に小さくするといったことである。
【０１１９】
図６に戻って、上述のステップＳ１４のエッジ算出処理が終了したら、次のステップＳ１５の候補抽出処理に進む。
【０１２０】
ステップＳ１５において、制御部２１は、候補抽出部４４を制御して、上述のステップＳ１４にて求めたエッジ成分に基づいて、曲管部１００ｂの有無を判定するための略三日月形状の候補領域を抽出する処理を行う（候補抽出処理）。
【０１２１】
ここで、まず、候補抽出部４４は、上述のエッジ算出処理において得られたエッジ成分二値化画像５４Ｂ（図１３参照）に基づいて、孤立点等のノイズ画素除去と暗画素の連結成分の抽出処理を行う。これにより、略三日月形状となり得る候補領域を抽出する。
【０１２２】
図１６は、図１３のエッジ成分二値化画像５４Ｂに対して収縮膨張処理を施して孤立画素を除去した後の二値画像を示す図である。
【０１２３】
孤立点等のノイズ画素は、例えば公知の収縮膨張処理を単数回又は複数回繰り返すことにより除去できる。これにより、図１６に示す孤立画素除去後の二値画像５４Ｂａが得られる。
【０１２４】
図１７は、図１６の孤立画素除去後の二値画像５４Ｂａに対してラベリング処理を施した後の二値化画像を示す図である。
【０１２５】
図１６の孤立画素除去後の二値画像５４Ｂａに対して、公知のラベリング処理を施すことにより、暗画素の連結成分から構成されるラベル領域Ｌａが抽出される（図１７の画像５４Ｂｃ）。この場合において、ラベル領域が複数抽出された場合には、所定の閾値よりも画素面積の大きいエリアのみを抽出する。そして、画素面積の小さなラベル領域を排除することにより、ノイズ等の影響を受けて誤った領域を抽出してしまうことを回避できる。このようにして、最終的に抽出されたラベル領域Ｌａを略三日月形状の候補領域とする。図１７において示す画像５４Ｂｃは、ラベル領域Ｌａ（略三日月形状の候補領域）を含む二値化画像である。
【０１２６】
図６に戻って、上述のステップＳ１５の候補抽出処理が終了したら、次のステップＳ１６の座標距離算出処理に進む。
【０１２７】
ステップＳ１６において、制御部２１は、曲折判定部４５を制御して、上述のステップＳ１３にて求めた暗領域の中心位置Ｃの中心座標（ｃｘ，ｃｙ）情報と、上述のステップＳ１５にて抽出された略三日月形状の候補領域情報に基づいて、中心位置Ｃと候補領域の重心位置Ｇの座標（ｇｘ，ｇｙ）との間の座標距離Ｈを算出する処理を行う（座標距離算出処理）。
【０１２８】
続けて、ステップＳ１７において、制御部２１は、曲折判定部４５を制御して、上述のステップＳ１６にて得られた座標距離Ｈと所定の閾値とを比較して、曲管部１００ｂの有無の判定と、曲管部１００ｂが存在する場合の曲折方向とを判定する（判定処理）。
【０１２９】
ここで、曲折判定部４５は、候補抽出部４４で得られたラベル領域（図１７の符号Ｌａ）に基づいて、曲管部１００ｂの有無と、曲管部１００ｂが存在する場合の曲折方向の判定を行う。曲管部１００ｂの有無の判定は、抽出されたラベル領域Ｌａの重心位置Ｇ（ｇｘ，ｇｙ）と暗領域の中心位置Ｃ（ｃｘ，ｃｙ）との関係から求めることができる。
【０１３０】
図１８は、ラベル領域に基づいて曲管部の有無の判定を行う処理を説明する図である。ラベル領域Ｌａに基づいて曲管部１００ｂの有無を判定するには、ラベル領域Ｌａの重心位置Ｇ（ｇｘ，ｇｙ）と暗領域の中心位置Ｃ（ｃｘ，ｃｙ）の間の座標距離Ｈが所定の閾値よりも大きいか否かによって判定する。
【０１３１】
この場合において、重心位置Ｇ（ｇｘ，ｇｙ）と中心位置Ｃ（ｃｘ，ｃｙとの間の座標距離Ｈが所定の閾値よりも大きい場合には、管状部材１００の中心に対して略三日月状の影領域が離れた位置にあるものと推測できる。したがって、この場合には、曲管部１００ｂが存在するものと判定する。
【０１３２】
一方、重心位置Ｇ（ｇｘ，ｇｙ）と中心位置Ｃ（ｃｘ，ｃｙとの間の座標距離Ｈが所定の閾値より小さい場合には、管状部材１００の中心にある影領域がラベル領域Ｌａとして抽出されているものと推測できる。したがって、この場合には、曲管部１００ｂが存在しないものと判定する。
【０１３３】
そして、曲管部１００ｂが存在すると判定された場合には、さらに、中心位置Ｃから暗領域の重心位置Ｇへ向かう方向（図１８の矢印Ｓ）を、曲管部１００ｂの曲折方向であると判定する。
【０１３４】
なお、本実施形態においては、抽出されたラベル領域Ｌａと、その重心位置Ｇを基準として曲管部１００ｂの有無を判定する例を示したが、これに限ることはない。例えば、二値化処理後のエッジ成分の暗画素に対して円弧形状の近似を行い、近似された円弧Ｒの中心位置Ｃ１と暗画素領域Ｌａの重心位置Ｇ１との関係から曲管部１００ｂの有無を判定する手段も適用できる（図１９参照）。この場合において、円弧の近似には、例えば、公知のハフ変換（Hough transform）等の手法を用いればよい。
【０１３５】
以上説明したように上記第１の実施形態によれば、水道管やガス管等の管状部材１００の内部を走行して内部状況の観察等を行なう管内走行装置１０において、撮像ユニット１１によって取得された進行方向Ｘにおける前方の管内画像を表す画像データのみに基づいて、曲管部１００ｂの有無の判定と、曲管部１００ｂが存在する場合の曲折方向の判定とを行うことができる。
【０１３６】
したがって、特殊な機材等を用いることなく、観察等に用いられる撮像ユニットを用いるのみの低コストなシステムによって、管内走行装置１０が曲管部１００ｂに到達する以前の早い段階（タイミング）で、つまり曲管部１００ｂの手前の位置で、曲管部１００ｂの有無の判定と、曲管部１００ｂが存在する場合の曲折方向の判定を行うことができる。これにより、管状部材１００の内部における管内走行装置１０の確実かつスムースな走行を確保し維持することができる。
【０１３７】
なお、上述の第１の実施形態では、管状部材１００の構造として、単一ラインの場合の適用例を示しているが、例えば水道管やガス管等においては、上述の形態例のみに限らず各種様々な形態の配管がなされている。例えば、配管構造がＴ字分岐構造となっている場合等が考えられるが、上記第１の実施形態の管内走行装置１０は、そのような場合にも、全く同様に適用することができる。
【０１３８】
図２０〜図２３は、本実施形態の管内走行装置１０の他の適用例（Ｔ字分岐部判定）を説明する図である。このうち、図２０は、図１の管内走行装置が管状部材の内部を走行する際のようすを示す概念図であって、前方にＴ字分岐部がある場合の例示である。図２１は、管内走行装置１０の撮像ユニット１１が、図２０の符号［Ｃ］で示す位置で取得した画像５１Ｃの例示である。図２２は、図２１の画像データに基づいてエッジ算出処理によって算出されたエッジ成分画像５３Ｃを示す図である。図２３は、図２２のエッジ成分画像５３Ｃを二値化処理，収縮膨張処理による孤立画素除去処理，ラベリング処理後の二値化画像を示す図である。
【０１３９】
図２０に示されるようなＴ字分岐部１００ｃがある場合には、管内走行装置１０の照明ユニット１２からの照明光によって生じる影領域（高コントラスト領域ＨＣ；図２１参照）は二方向に存在する。
【０１４０】
そのために、エッジ成分Ｅｄ（図２２参照）も、このエッジ成分Ｅｄから抽出されるラベル領域Ｌａ（図２３参照）も、いずれも複数存在し、さらにそれらは、中心位置Ｃとラベル領域Ｌａの位置関係が対称となっているハズである。したがって、これらの情報に基づいて、Ｔ字分岐部１００ｃであるか否かの判定は容易に行うことができる。そして、このＴ字分岐部１００ｃの判定に対しても、曲管部１００ｂの判定を行う際と同様に、円弧近似による判定を行うこともできる。
【０１４１】
ところで、上述の第１の実施形態に示す例では、照明ユニット１２の照明としては、例えば、観察用に用いる通常白色光を適用することを前提としている。しかしながら、照明ユニット１２として用いる照明の種類は、これに限られることはない。例えば、赤外光や紫外光等の特定波長の狭帯域光を観察光として利用する構成であっても、本発明は、全く同様に適用することができる。
【０１４２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態の管内走行装置について、図２４を用いて以下に説明する。図２４は、本発明の第２の実施形態の管内走行装置の内部構成の主要部を示すブロック構成図である。
【０１４３】
本実施形態の管内走行装置１０Ａは、基本的には上述の第１の実施形態の管内走行装置１０と略同様の構成からなるものである。本実施形態の管内走行装置１０Ａにおいて装置本体１０Ａａには、測距ユニット１４と、距離算出部３３とを、さらに具備している点が異なる。その他の構成については上述の第１の実施形態と同様である。したがって、その他の構成については、上述の第１の実施形態と同じ符号を付して、その詳細説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【０１４４】
測距ユニット１４は、対象物との間の距離を測定する少なくとも二つの測距センサ等を含む構成ユニットである。この測距ユニット１４は、管内走行装置１０の前面に設けられている。
【０１４５】
距離算出部３３は、測距ユニット１４からの出力を受けて、対象物、即ち進行方向Ｘの前方の曲管部１００ｂ（図３参照）やＴ字分岐部１００ｃ（図２０参照）等の内壁部分までの距離情報を算出する回路部である。この距離算出部３３は、例えば当該管内走行装置１０Ａにおける制御部２１内に設けられている。
【０１４６】
本実施形態の管内走行装置１０Ａにおいては、距離算出部３３によって得られた距離情報は、曲折判定部４５へと出力されて、曲管部１００ｂ，Ｔ字分岐部１００ｃ等の有無の判定を、より確実にかつ安定的に行ない得るようにするために利用される。
【０１４７】
即ち、曲折判定部４５は、距離算出部３３によって得られた距離情報が所定値以下である場合には、進行方向Ｘに壁面、つまり曲管部１００ｂ，Ｔ字分岐部１００ｃ等が存在しているものと判定する。一方、曲折判定部４５は、当該距離情報が所定値を超える場合には、現時点においては直管部１００ａ（図３参照）を走行中であって、進行方向Ｘの前方の所定の距離より近い範囲内には曲管部１００ｂ，Ｔ字分岐部１００ｃ等が存在していないものと推定する。したがって、この場合には、画像データに基く曲管部１００ｂ，Ｔ字分岐部１００ｃ等の判定処理（図５参照）を実行しない。
【０１４８】
以上説明したように上記第２の実施形態によれば、上述の第１の実施形態と全く同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態においては、測距ユニット１４によって得られる距離情報に基づいて、管内走行装置１０Ａが直管部１００ａにあると推定される場合には、曲管部１００ｂの有無の判定処理を行わないようにしている。したがって、これにより、必要なときにのみ複雑な演算処理を伴う判定処理を行えばよいこととなるので、制御部２１の負荷の軽減に寄与することができると同時に、より確実で安定的な判定処理を行うことができる。
【０１４９】
なお、本実施形態において、測距ユニット１４は、距離を測定する二つの測距センサを用いて構成したが、この構成に限られることはない。例えば、測距ユニット１４において、超音波センサや温度センサ等を使用することにより、進行方向Ｘの前方に壁面が存在するか否かを判定するように構成してもよい。さらにまた、測距センサ，超音波センサ，温度センサ等の検出素子を利用しない構成も考えられる。例えば、ステレオカメラ等を利用して得られる三次元画像に基づいて、前方の曲管部１００ｂ，Ｔ字分岐部１００ｃ等の判定を行うような構成としてもよい。
【０１５０】
［変形例］
さらに、本実施形態においては、進行方向Ｘの前方に壁面があるか否かの判定に測距ユニット１４を用いる構成としているが、この測距ユニット１４の出力は、管内走行装置１０Ａの姿勢制御に用いることも可能である。
【０１５１】
この場合には、上述の第１の実施形態において説明した図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１７の判定処理の後に、さらに、ステップＳ１８としての姿勢制御処理を行うようにする。
【０１５２】
図６のステップＳ１７の判定処理によって、曲管部１００ｂが存在すると判定された場合には、次のステップＳ１８において、制御部２１は、測距ユニット１４や不図示の加速度センサ，ジャイロセンサ等からの出力情報に基づいて、管状部材１００の内部における管内走行装置１０の位置や姿勢を推定する。その後、現在の管内走行装置１０の位置や姿勢に対して、当該管内走行装置１０が曲管部１００ｂ等を確実かつスムースに通過し得るようにするための目標とする位置や姿勢を算出し、その目標位置，目標姿勢となるように、当該管内走行装置１０の位置や姿勢を制御する。
【０１５３】
なお、上述の実施形態で説明した処理シーケンスは、その性質に反しない限り、手順の変更を許容し得る。したがって、上述の処理シーケンスに対して、例えば各処理ステップの実行順序を変更したり、複数の処理ステップを同時に実行させたり、一連の処理シーケンスを実行する毎に、各処理ステップの順序が異なるようにしてもよい。即ち、特許請求の範囲，明細書及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。また、これらの動作フローを構成する各ステップにおいては、発明の本質に影響しない部分について適宜省略することもできることは言うまでもない。
【０１５４】
また、ここで説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御や機能は、多くがソフトウエアプログラムにより設定できることが多くあり、そのソフトウエアプログラムをコンピュータが読み取り実行することで上述した制御や機能を実現することができる。そのソフトウエアプログラムは、コンピュータプログラム製品として、予め製品製造過程において上記記憶媒体や記憶部等、具体的には例えばフレキシブルディスク ＣＤ−ＲＯＭ等 不揮発性メモリ等の可搬媒体やハードディスク 揮発性メモリ等の記憶媒体に、その全体あるいは一部を記憶又は記録されている電子データである。また、これとは別に、製品出荷時又は可搬媒体或いは通信回線を介して流通又は提供ができるものである。利用者は、製品出荷後であっても、自ら通信ネットワークやインターネット等を介して、それらのソフトウエアプログラムをダウンロードしてコンピュータにインストールしたり、あるいは記憶媒体からコンピュータにインストールすることで、動作させるようにすることができ、これによって容易に本実施形態の撮像装置を実現することができる。
【０１５５】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用を実施することができることは勿論である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせによって、種々の発明が抽出され得る。例えば、上記一実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。この発明は、添付のクレームによって限定される以外にはそれの特定の実施態様によって制約されない。
【符号の説明】
【０１５６】
１０，１０Ａ……管内走行装置
１０ａ……装置本体
１１……撮像ユニット
１１ａ……光学部
１１ｂ……撮像部
１２……照明ユニット
１３……車輪
１３Ｆ……前側車輪
１３Ｒ……後側車輪
１３ａ，１３ｂ……回転軸
１４……測距ユニット
２１……制御部
２２……一時記憶部
２３……通信ユニット
２４……電源ユニット
３１……カーブ検出部
３２……姿勢制御部
３３……距離算出部
４１……暗領域算出部
４２……中心算出部
４３……エッジ算出部
４４……候補抽出部
４５……曲折判定部
１００……管状部材
１００ａ……直管部
１００ｂ……曲管部
１００ｃ……Ｔ字分岐部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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