(57)【要約】      （修正有）【課題】時系列的に取得されたトンネル覆工面画像を対比し、数ｍｍ程度変化したひび割れでも認識できるように今回のトンネル覆工面画像を補正することができる方法を提供する。【解決手段】変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法は、前回のトンネル覆工面画像の中の設置物を検出し、その位置座標を取得する処理Ｓ１１、今回のトンネル覆工面画像の中の設置物を検出し、その位置座標を取得する処理Ｓ１２、及び前回と今回の対応する設置物の位置座標を用いてアファイン変換を行い、今回のトンネル覆工面画像を補正する処理Ｓ１３を行って、位置が正規化されたトンネル覆工面画像を生成することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル覆工面画像の中の距離標や下束などの位置不変の設置物又は目地を検出し、異なる時系列画像同士で当該設置物又は目地の位置を一致させる画像処理を行うことにより、位置が正規化されたトンネル覆工面画像を生成する変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法。
【請求項２】
トンネル覆工面画像の中の距離標や下束などの位置不変の設置物又は目地を検出し、これらの位置座標に基づいて、今回と前回のトンネル覆工面画像の縦横の画像ピッチを揃える補正処理を行い、位置が正規化されたトンネル覆工面画像を生成する変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法。
【請求項３】
前記異なる時系列画像同士で当該設置物又は目地の位置を一致させる画像処理は、アファイン変換であることを特徴とする請求項１に記載の変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法。
【請求項４】
前記位置不変の設置物は、距離標であることを特徴とする請求項１又は２に記載の変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法。
【請求項５】
前記位置不変の設置物は、下束であることを特徴とする請求項１又は２に記載の変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法。
【請求項６】
前記位置不変の設置物は、蛍光灯であることを特徴とする請求項１又は２に記載の変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法。
【請求項７】
前記位置不変の設置物は、目地であることを特徴とする請求項１又は２に記載の変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長大な土木構造物である鉄道や道路などのトンネル覆工面の変状の進行度合いの時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道や道路などのトンネル覆工面からコンクリート片などが剥がれて落下すると、通行中の車両や乗客を損傷する重大事故に繋がる危険性がある。このため、例えば鉄道トンネルや橋などの施設は２年に１回の検査を、トンネルはさらに２０年に１回のより詳細な検査をするように省令は定めている。検査の結果をもとに、構造物の健全度が診断されるが、トンネルの健全度診断においては、トンネル覆工面の変状の管理が非常に重要となる。
【０００３】
特開２００２−２８８１８０号公報（特許文献１）には、トンネルデータベースシステムを用いて、ブロック毎にトンネル覆工面の変状管理を行なう方法が開示されている。この変状管理方法では、トンネル内の展開図、覆工面の写真、その他検査・測定データのファイル、補修履歴データのファイルを一元管理及び表示・プリントアウトすることが可能なトンネルデータベースシステムが用いられている。
【０００４】
このトンネルデータベースシステムは、疵に関する各種の情報が記録された複数のレイヤーから構成される。レイヤーは少なくとも覆工ブロックごとの目地情報を記録したレイヤーと、トンネル覆工面を一定の間隔ごとに区画したトンネル格子データを記録したレイヤーと、疵検査ごとの検査結果を記録したレイヤーとから成る。レイヤーごとに記録されたデータファイルには、最新の検査結果データが含まれる。この最新検査結果データは、最新の検査により得られた疵情報の内容をブロックごとに、疵の種別に分類して疵の程度に応じてランク付けし、覆工ブロックごとに最も悪いランクを抽出し、これに基づいてレイヤー内のテキストを更新したデータとして保有するものである。
【０００５】
管理項目のデータと、レイヤーごとに記録された疵検査等に関するデータとをトンネル覆工面の展開図と共に表示してトンネル構造物検査記録簿としてプリントアウトされたものが図６として示されている。展開図の中に表示された疵をクリックすることにより、補修前と補修後の変状の写真及びその他の変状種別、判定ランク、位置等に関する画面表示が可能になっている。従って、変状履歴や補修履歴を一つのデータベースで一元管理でき、各種帳票の変更が一度に行うことができることが記載されている。
【０００６】
特開２００５−１０５６８２号公報（特許文献２）には、覆工面画像データを含むトンネルデータ管理システムを用いたトンネル覆工面の変状管理を行なう方法が開示されている。また、覆工面画像データはトンネル覆工面を撮影することによって得られる写真データであること、当該覆工面画像データは指定箇所を拡大可能とすること、及び、トンネル覆工面画像上に打音検査や目視検査の結果を検査該当箇所として記号等で表示することが可能である旨も記載されている。
【０００７】
特許文献２には覆工面画像データを基に自動解析によってひび割れ等の検出を行うことを可能とすると良いとの記載があるが、本出願人は特許文献３（特開２０１２−２０２８５８号公報）と特許文献４（特開２０１２−２０２８５９号公報）に記載する如く、トンネル覆工面画像を画像処理し、ひび割れや漏水などの変状を抽出する方法を開発した。
【０００８】
特許文献１と２から理解される如く、従来のトンネル覆工面の変状の管理は、変状を含むブロックごと若しくはエリアごとに管理するものである。変状の形状やサイズなどはトンネルの定期点検の度に測定され、検査データの一部として記録される。ところが変状の進行具合は、前回の検査データと今回の検査データを比較して判定されるものであるが、殆どの現場では定量的かつ客観的な手法での比較は行われていないのが現状である。このため従来のトンネル覆工面の変状の管理には、定期検査毎にデータを取得する作業に時間と手間を要することに加えて、前回と今回のデータを定量的かつ客観的な手法で比較することが出来ていないという問題がある。
【０００９】
通常、複線トンネル覆工面を撮影するカメラの位置はトンネル中心から一方の側壁に近づいた位置となる。このため、トンネル覆工面画像の展開画像は必然的に断面方向に歪みが存在する。また、カメラを搭載したトンネル検査車の速度の変動によっても延長方向に歪みが生じる。本出願人は、このような歪みを含んだトンネル覆工面画像を画像処理によって補正し、トンネル断面及び延長方向の歪みを補正し、歪みのないトンネル覆工面の展開画像を作成する方法も開発し、特許出願（特願２０１３−１８１７２９）した。この方法により得られた断面方向及び延長方向の歪みのないトンネル覆工面の展開画像を用いれば、撮影時期の異なる２枚の画像を対比して、トンネル覆工面の変状の進行の具合をある程度は把握することが可能である。
【００１０】
しかしながら、トンネル断面及び延長方向の歪みのないトンネル覆工面の展開画像が得られても、前回と今回の画像を対比して、ひび割れなどの変状のサイズの変化を判定することは極めて難しい。何故なら、トンネル覆工面を撮影するカメラの位置や角度などの撮影条件が前回と今回で同一もしくは実質的に同一となることはあり得ず、撮影条件が違うと変状の位置や形状が画面上で微妙に相違する。２年間で数ｃｍも長さが伸びたひび割れであれば、撮影条件が相違する２枚の展開画像を対比して、その進行の具合は判定できる。ところが、２年間で長さや幅が数ｍｍ程度変化したひび割れについては、撮影条件が相違する２枚の展開画像を対比しても、その進行の具合は判定できない。殆どの変状は後者のケースに当てはまる。そこで、今回の画像を前回の画像と対比するためには、今回の画像の縦横の画素ピッチを前回の画像に正確に一致させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２８８１８０号公報
【特許文献２】特開２００５−１０５６８２号公報
【特許文献３】特開２０１２−２０２８５８号公報
【特許文献４】特開２０１２−２０２８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、時系列的に取得されたトンネル覆工面画像を対比し、数ｍｍ程度変化したひび割れでも認識できるように今回のトンネル覆工面画像を補正することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の課題を解決するために、トンネル覆工面画像の中の距離標、架線の下束、蛍光灯などの位置不変の設置物又は目地を検出し、異なる時系列画像同士で当該設置物又は目地の位置を一致させる画像処理を行うことにより、位置が正規化されたトンネル覆工面画像を生成するようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、縦横の画像ピッチを前回のトンネル覆工面画像に一致させるように補正して位置が正規化されたトンネル今回のトンネル覆工面画像が生成されるので、長さや幅が年間で数ｍｍ程度変化した変状の進行具合を迅速に判定できるようになり、トンネル覆工面の変状の時系列管理がより効率的になった。また、トンネル健全度診断の効率の向上が図られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】前回のトンネル覆工面画像と今回の画像内に映る位置不変の設置物同士の位置を一致させるアファイン変換により、今回のトンネル覆工面画像を補正する画像処理の流れの一例である。
【図２】縦横の画像ピッチを前回のトンネル覆工面画像に一致させるように今回のトンネル覆工面画像を補正する画像処理の流れの一例である。
【図３】前回のトンネル覆工面画像を模式的に示した図である。
【図４】今回のトンネル覆工面画像を模式的に示した図である。
【図５】トンネル覆工面画像から距離標銘板を検出する画像処理の流れの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、トンネル覆工面画像の中の距離標、架線の下束、蛍光灯などの位置不変の設置物又は目地を検出し、異なる時系列画像同士で当該設置物又は目地の位置を一致させるアファイン変換を行うことにより、位置が正規化されたトンネル覆工面画像を生成する変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法である。
【実施例１】
【００１７】
トンネル覆工面の展開図は、トンネルの断面方向をY軸、トンネルの延長方向をX軸として示される。トンネル覆工面全体の展開図、即ちトンネル覆工面画像は、短冊状画像をトンネル延長方向につなぎ合わせて構成されている。この短冊状画像は、トンネル覆工面画像を構成する延長方向の単位画像である。単位画像となる理由は、トンネル延長方向、いわゆる横幅を無限のサイズにすることは現実的には不可能なので、適当なサイズに分割するためである。また、この単位画像の横幅の画素数は任意なので、短冊状にも、矩形状にもなる。いわゆる縦一列のデジタル画像となる。本実施例における短冊状画像は、トンネル覆工面画像を構成する延長方向の単位画像であり、換言すればトンネル覆工面画像を構成する縦一列のデジタル画像である。
【００１８】
トンネル覆工面へレーザを照射することにより、当該覆工面の可視画像を記録するレーザスキャナにおいては、短冊状画像の横幅は1000画素程度である。最終的なトンネル覆工面画像は、この短冊状画像をトンネル延長方向に連結して作成される。短冊状画像は、例えば、高さが26794画素、横幅が1000画素の細長い画像である。トンネル覆工面画像を構成する短冊状画像の総数はトンネルの延長方向の距離を前記横幅で除した値となる。なお、短冊状画像の高さはトンネルの断面方向のサイズと画像の分解能によって一義的に定まるものである。
【００１９】
図３と図４は、上述の短冊状画像であるトンネル覆工面画像の模式図であって、図３は前回のトンネル健全度診断のために撮影されたトンネル覆工面画像の模式図、図４は今回のトンネル健全度診断のために撮影されたトンネル覆工面画像の模式図である。これら図３と図４において、１１は前回のひび割れ、１２は今回のひび割れ、２１は前回の第１の距離標銘鈑、２２は今回の第１の距離標銘鈑、３１は前回の第２の距離標銘鈑、３２は今回の第２の距離標銘鈑、４１は前回の下束、４２は今回の下束のそれぞれの画像である。
【００２０】
実施例１は、トンネル覆工面画像の中の位置不変の設置物である距離標銘鈑２１，２２，３１，３２、架線の下束４１，４２を検出し、前回のトンネル覆工面画像と今回の覆工面画像同士で前記設置物の位置を一致させるアファイン変換を行うことにより、位置が正規化されたトンネル覆工面画像を生成する変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法である。
【００２１】
以下、図１に示すフローチャートを参照して、実施例１の変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法を説明する。アファイン変換の変換式を導く場合、一つの変換式においては３つの変換係数があるため、２つの距離標銘鈑と１つの下束のように、少なくとも３つの基準点データが必要になる。従って検査員は、画像処理装置のメモリに記憶されている図３の前回のトンネル覆工面画像の中から最低３つの設置物を検出し、その位置座標を取得する（Ｓ１１）。即ち、第１の距離標銘鈑２１、第２の距離標銘鈑３１及び下束４１が後述する設置物の検出処理方法などによって検出され、且つ検出処理の中でこれらの位置座標が特定されて画像処理装置のメモリに記憶される。
【００２２】
次に検査員は画像処理装置のメモリに記憶されている図４の今回のトンネル覆工面画像の中の設置物を検出し、その位置座標を取得する（Ｓ１２）。即ち、第１の距離標銘鈑２２、第２の距離標銘鈑３２及び下束４２が後述する設置物の検出処理方法などによって検出され、且つ検出処理の中でこれらの位置座標が特定されて画像処理装置のメモリに記憶される。
【００２３】
ステップＳ１２に続いて、前回と今回の対応する設置物の位置座標を用いてアファイン変換を行い、今回のトンネル覆工面画像を補正する処理を行う（Ｓ１３）。即ち、画像処理装置はプログラムに従って、メモリから前回の第１の距離標銘鈑２１と今回の第１の距離標銘鈑２２の位置座標を読み出し、アファイン変換により、今回の第１の距離標銘鈑２２の位置を前回の第１の距離標銘鈑２１の位置に一致させる画像処理を行う。また、画像処理装置はプログラムに従って、前回の第２の距離標銘鈑３１と今回の第２の距離標銘鈑３２の位置座標を読み出し、アファイン変換により、今回の第２の距離標銘鈑３２の位置を前回の第２の距離標銘鈑３１の位置に一致させる画像処理を行う。更に、画像処理装置はプログラムに従って、前回の下束４１と今回の下束４２の位置座標を読み出し、アファイン変換により、今回の下束４２の位置を前回の下束４１の位置に一致させる画像処理を行う。
【００２４】
以上のアファイン変換の画像処理により、今回のトンネル覆工面画像は前回のトンネル覆工面画像と縦横の画素ピッチが等しくなり、正規化されたトンネル覆工面画像となる。そこで、この正規化されたトンネル覆工面画像について、今回のひび割れ１２のサイズを計測すれば、前回のひび割れ１１との比較がｍｍ単位で可能となり、数ｍｍ程度変化した変状の進行具合を迅速に判定できるようになった。なお、ステップＳ１１とＳ１２の順序は入れ替えてもよいことは勿論である。
【００２５】
（距離標銘鈑の検出）
ところで、トンネル覆工面の位置不変の設置物をトンネル覆工面画像から検出するのは、例えば距離標銘鈑２１，２２，３１，３２の場合は図５に示すフローチャートに従って行われる。
【００２６】
先ず、検査員は距離標銘板の設置位置及び設置間隔に関する設置情報を取得する（Ｓ３１）。距離標銘板の設置位置及び設置間隔はトンネルデータベースに記録されている情報である。従って、ダウンロードして画像処理装置のメモリに予め記録しておいて、メモリから読み出して取得する。或いは、トンネルデータベースにアクセスして取得してもよい。
【００２７】
次に、検査員は探索領域の設定処理を行う（Ｓ３２）。一般的な距離標銘板は１０ｍ間隔で、且つ道床から概ね１．５ｍの高さに設置されている。検査員は、画像処理装置のモニター画面に表示されたトンネルの覆工面画像上に、上述の如き設置位置及び設置間隔などの情報に基づいて、検出対象の距離標銘板を探索する画像領域を設定する。
【００２８】
次に、パターンマッチングによる距離標銘板の検出処理を行う（Ｓ３３）。即ち、画像処理装置はプログラムに従って、予め登録した距離標銘板のテンプレートを読み出し、前記テンプレートを前記探索領域の画像の中で移動させながら、前記テンプレートに合致する領域が無いかどうかを探索する。距離標銘板のテンプレートは、距離標銘板の輪郭線の矩形の中に２個のボルト穴が配置された図形のテンプレートである。上記２個のボルト穴は、距離標銘板をトンネル覆工面に取り付けるためのものであるから、距離標銘板には必ずあいている穴であり、取り付け用のボルトと共に観察される。この特徴を反映したテンプレートを用いると、輪郭線の矩形だけのテンプレートに比べて、テンプレートに重なる部分の画像との類似を見るのに比較がし易くなる。従って、距離標銘板がより迅速且つ確実に検出される。
【００２９】
次に、画像処理装置はプログラムに従って、メモリから距離標銘板候補のデータを読み出し、設置位置及び設置間隔に関する設置情報に適合しているかを検定する（Ｓ３４）。検定に合格すれば距離標銘板の検出（Ｓ３５）となる。
【００３０】
（下束の検出）
トンネル覆工面の位置不変の設置物である下束４１，４２をトンネル覆工面画像から検出するのは、図５に示すフローチャートと同様の流れに従って行われる。即ち、設置情報の取得、設置情報に基づく探索領域の設定、パターンマッチング処理、パターンマッチング処理結果の検定の４つの処理を順に経て、下束４１，４２はそれぞれ検出される。
【００３１】
一般的な下束は４０〜５０ｍ間隔で設置され、トンネルのクラウン部を中心に鉛直方向に細長い矩形状の領域として観察される。従って、下束の探索領域の設定は、前述の如き設置位置及び設置間隔などの情報に基づいて行われる。
【実施例２】
【００３２】
実施例２は、トンネル覆工面画像の中の位置不変の設置物である距離標銘鈑２１，２２，３１，３２、架線の下束４１，４２を検出し、これらの位置座標や形状、サイズに基づいて、今回のトンネル覆工面画像の縦横の画像ピッチを前回のトンネル覆工面画像に合わせる補正処理を行い、位置が正規化されたトンネル覆工面画像を生成する変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正方法である。
【００３３】
即ち、実施例２の変状の時系列管理に用いるトンネル覆工面画像の補正は、図２に示すフローチャートに従って行われる。先ず、検査員は画像処理装置のメモリに記憶されている図３の前回のトンネル覆工面画像の中の設置物を検出し、その位置座標や形状、サイズを取得する（Ｓ２１）。即ち、第１の距離標銘鈑２１、第２の距離標銘鈑３１及び下束４１が後述する設置物の検出処理方法などによって検出され、且つ検出処理の中でこれらの位置座標や形状、サイズが特定されて画像処理装置のメモリに記憶される。次に、これら取得したデータから前回のトンネル覆工面画像の１画素あたりの実寸法を計算する。これが即ち画素ピッチである。
【００３４】
次に検査員は画像処理装置のメモリに記憶されている図４の今回のトンネル覆工面画像の中の設置物を検出し、その位置座標や形状、サイズを取得する（Ｓ２２）。即ち、第１の距離標銘鈑２２、第２の距離標銘鈑３２及び下束４２が後述する設置物の検出処理方法などによって検出され、且つ検出処理の中でこれらの位置座標が特定されて画像処理装置のメモリに記憶される。次に、これら取得したデータから今回のトンネル覆工面画像の１画素あたりの実寸法を計算する。これが即ち画素ピッチである。
【００３５】
続いて、画像処理装置は、画素ピッチの粗いトンネル覆工面画像の横方向の画素ピッチを、画素ピッチの細かいトンネル覆工面画像に一致させる補正処理を行う（Ｓ２３）。即ち、画素ピッチの粗い２個の距離標銘鈑のＸ方向の間隔を画素ピッチの細かい２個の距離標銘鈑のＸ方向の間隔に合わせるように画素を内挿し、今回のトンネル覆工面画像の横方向の画素ピッチを前回のトンネル覆工面画像に一致させる補正処理を行う。
【００３６】
続いて、画像処理装置は、画素ピッチの粗いトンネル覆工面画像の縦方向の画素ピッチを、画素ピッチの細かいトンネル覆工面画像に一致させる補正処理を行う（Ｓ２４）。即ち、画素ピッチの粗い１個の距離標銘鈑と下束のＹ方向の間隔を画素ピッチの細かい１個の距離標銘鈑と下束のＹ方向の間隔に合わせるように画素を内挿し、今回のトンネル覆工面画像の縦方向の画素ピッチを前回のトンネル覆工面画像に一致させる補正処理を行う。
【００３７】
上述した補正処理により、今回のトンネル覆工面画像は前回のトンネル覆工面画像と縦横の画素ピッチが等しくなり、正規化されたトンネル覆工面画像となる。そこで、この正規化されたトンネル覆工面画像について、今回のひび割れ１２のサイズを計測すれば、前回のひび割れ１１との比較がｍｍ単位で可能となり、数ｍｍ程度変化した変状の進行具合を迅速に判定できるようになる。なお、上記では画素ピッチの粗い画素を細かい画素に合わせる場合を説明したが、逆に画素ピッチの細かい画素を粗い画素に合わせるようにしてもよい。この場合は画像を圧縮ことになることは言うまでもない。
【００３８】
以上、今回のトンネル覆工面画像の補正の基準となる位置不変の設置物として、距離標と下束を取り上げた実施例１と実施例２について詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではないことは勿論である。例えば、蛍光灯や目地も今回のトンネル覆工面画像の補正の基準となる。蛍光灯も目地も図５のフローチャートと同様の流れに従って、トンネル覆工面画像から検出できる。蛍光灯は形状とサイズが定まっているから、そのテンプレートは容易に作成できる。しかしながら、目地の検出に用いるテンプレートは、目地の形状とサイズが様々なため、その作成には工夫が必要である。そこで、本発明者は特願２０１３−２４７２２１の特許出願明細書に記載する如く、トンネル覆工面画像の垂直プロジェクションに着目し、目地の箇所に出現するプロジェクション画像を目地のテンプレートとした。
【符号の説明】
【００３９】
１１  前回のひび割れ
１２  今回のひび割れ
２１  前回の第１の距離標銘鈑
２２  今回の第１の距離標銘鈑
３１  前回の第２の距離標銘鈑
３２  今回の第２の距離標銘鈑
４１  前回の下束
４２  今回の下束
【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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