(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の被撮像領域を撮像するための撮像部と、
前記撮像部による撮像方向を屈曲する屈曲光学系と、
前記被撮像領域を照明する照明部と、
前記構造物上での移動による位置変化を検知する位置変化検知部と、
前記位置変化検知部によって検知された前記位置変化に基づいて前記撮像部による撮像の時期を制御する撮像時期制御部と、
前記撮像部および前記屈曲光学系を内蔵する偏平な形状の本体部と、
前記撮像部によって撮像された画像データを基に前記構造物の検査を行う検査部と、
少なくとも前記撮像部、前記照明部及び前記検査部の動作を制御するとともに、前記撮像部によって撮像された前記画像データの取得および解析を行う制御部と、
前記制御部によって取得された前記画像データまたは前記制御部による解析結果の少なくとも一方を表示する表示部と、
前記画像データを保存する保存部と、
前記本体部に取り付けられたフレームであって、その上部で少なくとも前記制御部及び前記表示部を支持するフレームと、
前記フレームの上端に設けられた前記本体部を移動させるときに把持するためのハンドルと
を備え、
前記撮像部は前記本体部の底面と相対する前記構造物の前記被撮像領域を撮像し、
前記表示部と前記ハンドルとが近接して配置されていることを特徴とする構造物検査システム。
【請求項２】
請求項１に記載の構造物検査システムにおいて、
前記屈曲光学系は反射部材であることを特徴とする構造物検査システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の構造物検査システムにおいて、
絶対位置情報を検知する絶対位置検知器をさらに備え、
前記制御部は、少なくとも前記撮像部、前記照明部及び前記検査部の動作を制御するとともに、前記撮像部によって撮像された前記画像データおよび前記絶対位置検知器によって検知された前記絶対位置情報の取得および解析を行うことを特徴とする構造物検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路や滑走路などの構造物の表面状態の撮像装置、検査装置および検査システムに関し、特に、コンクリート舗装面などの劣化や亀裂などを画像処理によって検出するとともに、人力によって移動可能な小型の構造物撮像装置、構造物検査装置および構造物検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、舗装道路を走行しながら車載カメラにより路面を撮影し、その撮影画像を解析することによって、路面に生じたひび割れ等を検出する路面検査システム（例えば特許文献１参照）、舗装表面上を走行しながらコンクリート版の劣化状態を調査する劣化調査システム（例えば特許文献２参照）、あるいは、一般車両に搭載されて、路面の凹凸を評価する路面凹凸評価システム（例えば特許文献３参照）などが提案されている。
【０００３】
これらはいずれも、自走式の車両に搭載され、走行しながら路面を検査などすることが前提となっている。
【０００４】
一方、台車に搭載されて、道路や滑走路などの舗装路面のひび割れを画像処理によって連続的に計測・記録する路面のひび割れ計測装置（例えば特許文献４参照）や、測定車上に道路に向けて配設され、ひび割れ率などの路面性状を測定評価可能な路面性状測定機（例えば特許文献５参照）なども提案されている。
【０００５】
これらはいずれも、それ自体では自走できないため、道路上などを車両に牽引されることが前提となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−  ８６８２６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３７２８３号公報
【特許文献３】特開２０１３−  ７９８８９号公報
【特許文献４】特開平４−２４０５５５号公報
【特許文献５】特開平３−  ５６８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の各特許文献に記載されているような装置やシステムは、車両に直接搭載されるか、牽引されることを前提としている。そのため、鉄道の駅のホームや歩道などのように車両が進入しにくいスペースでの運用は困難であった。
【０００８】
また、それらの装置やシステムでは、路面を上方から撮影するようにカメラなどが配置されているが、被写界深度をある程度確保するには一定の光路長が必要なので、小型化には限界があった。密着センサー（ＣＩＳ：Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）を用いることである程度の小型化は可能であるが、ＣＩＳのように被写界深度が浅い光学系の場合、対象物の僅かな凹凸でカメラのピントが合わなくなり実用的ではない。そのため、たとえ、人力で移動できる程度に小型化できても、全体の重心が高くなりがちで、人力による安定した移動は困難であった。
【０００９】
また、ビルの壁面やダムの壁面などの構造物の鉛直または斜めの面に対しても同様の劣化・亀裂等の診断が必要であるが、この場合、鉛直または斜めの対象面に対して装置を立てて使用することになる。このとき、装置の重心が高いと非常に安定性が悪くなり、装置の保持や移動が困難であった。
【００１０】
従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、コンクリート舗装面などの劣化や亀裂などを画像処理によって検出するとともに、人力による安定した移動が可能な構造物撮像装置、構造物検査装置および構造物検査システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の構造物撮像装置は、構造物の被撮像領域を撮像するための撮像部と、この撮像部による撮像方向を屈曲する屈曲光学系と、前記被撮像領域を照明する照明部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の構造物撮像装置において、前記構造物上での移動による位置変化を検知する位置変化検知部と、この位置変化検知部によって検知された前記位置変化に基づいて前記撮像部による撮像の時期を制御する撮像時期制御部とをさらに備えてもよい。前記撮像部および前記屈曲光学系を内装する本体部をさらに備えてもよい。また、前記本体部は偏平な形状であって、前記撮像部は前記本体部の底面または天面と相対する前記構造物の前記被撮像領域を撮像してもよい。
【００１３】
ここで、前記屈曲光学系は、例えば反射部材（具体的には光学用ミラー）やプリズムなどが挙げられるが、これらに限らない。
【００１４】
このような構成の構造物撮像装置によれば、全体の重心が十分低いので、人力による安定した移動が可能である。
【００１５】
また、本発明の構造物撮像装置において、絶対位置情報を検知する絶対位置検知器（例えばＧＰＳ）をさらに備えてもよい。
【００１６】
また、本発明の構造物検査装置は、上記いずれかの構造物撮像装置と、前記撮像部によって撮像された画像データを基に前記構造物の検査を行う検査部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
このような構成の構造物検査装置によれば、全体の重心が十分低いので、人力による安定した移動が可能である。
【００１８】
また、本発明の構造物検査システムは、上述した構造物検査装置と、前記構造物検査装置の動作を制御するとともに、前記撮像部によって撮像された前記画像データの取得および解析を行う制御部と、この制御部によって取得された前記画像データまたは前記制御部による解析結果の少なくとも一方を表示する表示部と、前記画像データを保存する保存部とを備えることを特徴とする。あるいは、本発明の構造物検査システムは、上述した構造物検査装置と、前記構造物検査装置の動作を制御するとともに、前記撮像部によって撮像された前記画像データおよび前記絶対位置検知器によって検知された前記絶対位置情報の取得および解析を行う制御部と、この制御部によって取得された前記画像データまたは前記制御部による解析結果の少なくとも一方を表示する表示部と、前記画像データを保存する保存部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
このような構成の構造物検査システムによれば、全体の重心が十分低いので、人力による安定した移動が可能であり、操作や表示確認などもしやすくなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構造物撮像装置および構造物検査装置によれば、全体の重心が十分低いので、人力による安定した移動が可能である。
【００２１】
本発明の構造物検査システムによれば、全体の重心が十分低いので、人力による安定した移動が可能であり、操作や表示確認などもしやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る構造物撮像装置１０を含む構造物検査システム１００の概略構成を示す側面図である。
【図２】構造物撮像装置１０の内部の概略構成を示す斜視図である。
【図３】構造物撮像装置１０の内部の概略構成を示す平面図である。
【図４】図３の４−４断面図である。
【図５】構造物検査システム１００の電気的な概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
＜実施形態の構成＞
（１）構造物検査システム１００の全体
図１は本発明の一実施形態に係る構造物撮像装置１０を含む構造物検査システム１００の概略構成を示す側面図である。図２は構造物撮像装置１０の内部の概略構成を示す斜視図である。図３は構造物撮像装置１０の内部の概略構成を示す平面図である。図４は図３の４−４断面図である。図５は、構造物検査システム１００の電気的な概略構成を示すブロック図である。
【００２５】
図１に示すように、構造物４０などの検査を行う構造物検査システム１００は、構造物撮像装置１０と、構造物撮像装置１０の後端部に垂直方向へ延びるように取り付けられたフレーム３０の上部で支持されるとともに、構造物撮像装置１０の動作を制御する制御手段であるノートパソコン２０と、フレーム３０の上端に水平方向に延びるように設けられ、構造物撮像装置１０を移動させるときに把持するためのハンドル３１とを備えている。
【００２６】
ノートパソコン２０（特に後述するディスプレー２０ｂ）とハンドル３１とは、操作や表示確認などをしやすくするため、できるだけ近接させることが好ましい。また、フレーム３０およびハンドル３１は、構造物撮像装置１０から着脱式としてもよい。
【００２７】
なお、検査対象とする構造物４０としては、例えば、道路などのコンクリート舗装面、鉄道駅のホーム、空港のエプロン（駐機場）や滑走路、橋、ダムの壁面、ビルなどの建築構造物の外壁面などが挙げられるが、これらに限らない。また、舗装も必ずしもコンクリートに限るわけではない。
【００２８】
（２）構造物撮像装置１０
図２〜図４に示すように、構造物撮像装置１０の左右側面の前方および後方には、それぞれ車輪１５が取り付けられている。これら４つの車輪１５に支持されることで、ハンドル３１を押すことによる人力での構造物撮像装置１０の移動が容易となる。移動時の振動を極力軽減するため、車輪１５には除震性を有するタイヤを用いることが好ましい。
【００２９】
構造物撮像装置１０はその内部において、ほぼ中央の後部寄りに、構造物４０などの上での移動方向と直交する細長い被撮像領域である帯状領域４０ａ（構造物撮像装置１０の底面と相対）を撮像するため、撮像方向を前方に向けて配置されたラインカメラ１１と、このラインカメラ１１の前方に配置され、その撮像方向を鉛直下向きに曲げるミラー１６と、帯状領域４０ａに対応する位置のやや後方に配置され、帯状領域４０ａを斜め上方から高均一に照明するＬＥＤ照明１２ａと、このＬＥＤ照明１２ａ専用の照明電源１２ｂと、車輪１５の回転に連動するように配置され、構造物４０などの上での構造物撮像装置１０の移動距離を検知するエンコーダ１３と、このエンコーダ１３で検知された移動距離に基づいてラインカメラ１１による撮像を行わせる同期部１４ａを収めた電装ボックス１４とを備えている。
【００３０】
ラインカメラ１１は、構造物４０などのひび割れが十分識別可能な解像度を有するモノクロのデジタルカメラであり、撮像部として機能する。例えば、カメラ本体１１ａがＣマウントカメラである場合、構造物撮像装置１０の横幅のほぼ全体を撮像できるように、広角のレンズ１１ｂ（例えば２８ｍｍ程度）を用いることが好ましい。ただし、複数台のカメラを横に並べて配置し、それらによって撮像された画像を合成するようにしてもよいし、１台のカメラで移動方向とは直交する方向に走査を行ってもよい。また、カラーのカメラを用いてもよい。
【００３１】
ミラー１６は光学用の表面鏡であり、ラインカメラ１１の撮像方向を屈曲させる屈曲光学系として機能する反射部材の一例である。ラインカメラ１１がその撮像方向を水平前方に向けて配置されている場合には、ミラー１６を後方斜め下４５度の方向に向けて配置することで、ラインカメラ１１の撮像方向が鉛直下向きとなる。ミラー１６は最小枚数に留めることが好ましいが、必ずしも１枚に限るわけではない。また、屈曲光学系としてはミラー１６に限らず、例えばプリズムで代用してもよい。
【００３２】
本体部１０ｃは、ラインカメラ１１とミラー１６を内装する筐体である。本体部１０ｃは重心を低く抑えるため偏平な形状であることが好ましい。また、本体部１０ｃは四角い箱形状に限らず、側面が曲面で構成されるような形状（例えば平たい円筒のような形状）でもよい。
【００３３】
ラインカメラ１１の撮像方向を水平に向けて配置するとともに、その撮像方向をミラー１６によって鉛直下向きに曲げることで、ラインカメラ１１に必要な視野幅と被写界深度とを確保するための一定の光路長を確保しつつ、構造物撮像装置１０の高さを比較的小さく抑えることができる。例えば、構造物の垂直面に対しても安定して使用可能なことを考慮すると、装置高（本体部１０ｃの高さ）は好ましくは３０ｃｍ以下、より好ましくは２０ｃｍ以下がよい。装置の幅と奥行き（本体部１０ｃの底面と天面の各２辺のサイズ）に関しても、大きすぎると取り回しが困難となるため、好ましくは１００ｃｍ以下、より好ましくは５０ｃｍ以下がよい。ラインカメラ１１の配置は、その撮像方向（光軸）が完全に水平でなくてもよく、構造物撮像装置１０内部のレイアウトの都合などによっては、例えば、水平より少し傾けてもよい。これにより、構造物撮像装置１０の重心が低くなるので、人力による安定した移動が可能となる。また、構造物の垂直面に対して使用する場合には、構造物撮像装置１０の底面と天面の実質的な差違はなくなるので、被撮像領域である帯状領域４０ａは構造物撮像装置１０の底面または天面と相対するとも言える。
【００３４】
ＬＥＤ照明１２ａは、例えば、白色ＬＥＤを光源とし、細長い帯状領域を高輝度で高均一に照明するバー型ＬＥＤ照明が挙げられるが、これに限らない。２つ以上のＬＥＤ照明を組み合わせてもよいし（例えば、帯状領域４０ａに対応する位置の前後両方に配置）、ＬＥＤ以外の光源を用いてもよい。それらの照明の種類、配置や照明方向などは、構造物４０などのひび割れができるだけ鮮明に撮像できるようにすることが好ましい。
【００３５】
照明電源１２ｂは、ＬＥＤ照明１２ａの発光量をパルス調光方式や電圧調光方式によって可変とする専用電源である。パルス調光方式を用いる場合、ラインカメラ１１による撮像のシャッター速度が特に高速なときには、撮像された画像に照明ムラなどが生じないように、撮像のタイミングなどに留意する必要がある。ただし、用いる照明の種類によっては、このような専用電源は必須とは限らない。
【００３６】
位置変化検知部であるエンコーダ１３は、構造物撮像装置１０の移動による位置変化を検知するため、例えば、車輪１５の１つの軸受部に回転に連動するように配置され、一定回転量（角度）毎にパルス信号を発生する。これにより、車輪１５の外周長との関係から、構造物撮像装置１０の位置変化、具体的には移動距離を検知することができる。
【００３７】
同期部１４ａは、エンコーダ１３から発生されるパルス信号に基づいて、ラインカメラ１１による撮像の時期を制御する。具体的には、予め定められた回数のパルス信号をカウントする毎に、ラインカメラ１１による撮像を同期的に行わせる。これにより、構造物撮像装置１０が一定距離だけ移動する毎にラインカメラ１１による撮像を行うことができる。このとき、ＬＥＤ照明１２ａをラインカメラ１１の撮像タイミングと同期させてストロボ発光させてもよい。
【００３８】
ここで、図４に示すように、構造物撮像装置１０の下面１０ａには、ラインカメラ１１から帯状領域４０ａの光路を囲むように凹部１０ｂが設けられており、その上端の開口部でミラー１６に対向する位置に透明板材１７ａが配置されている。これにより、ラインカメラ１１によって撮像された画像に不要光が混じることを極力低減する。また、構造物撮像装置１０の下面１０ａでＬＥＤ照明１２ａの直下およびその周辺にも、透明板材１７ｂ（例えばアクリル製）が配置されている。これにより、ＬＥＤ照明１２ａからの光が透明板材１７ｂを通して構造物４０などの上の帯状領域４０ａに達する。
【００３９】
なお、構造物撮像装置１０の本体部１０ｃは密閉式として、内部にゴミや埃などが極力侵入しないようにすることが好ましい。また、上述した構造物撮像装置１０内部のレイアウトは一例に過ぎず、前後を反転させたりすることも可能である。
【００４０】
また、図１に示すように、構造物撮像装置１０の上面には、バッテリー１８が取り付けられており、コネクタ（不図示）を介して、構造物撮像装置１０内部のラインカメラ１１、照明電源１２ｂ、エンコーダ１３、同期部１４ａなどに電力を供給する。ただし、バッテリー１８の取り付けは構造物撮像装置１０の上面に限らないし、可能であれば構造物撮像装置１０に内蔵してもよい。
【００４１】
（３）ノートパソコン２０
図５に示すように、制御部であるノートパソコン２０はその本体に、構造物撮像装置１０の各部の動作を制御するとともに、ラインカメラ１１によって撮像された画像データの取得や解析などを行うＣＰＵ２０ａと、このＣＰＵ２０ａによって取得された画像データや解析結果などを表示するディスプレー２０ｂとを備えている。制御部としては、上記のように汎用のノートパソコンを用いてもよいし、専用の制御ユニットなどを用いてもよい。
【００４２】
さらに、ノートパソコン２０には保存部として大容量のハードディスク２１が外付けされている。ただし、このような外付けハードディスク２１は必須ではない。外付けハードディスク２１の代わりに、ノートパソコン２０の内部に収容可能なタイプのハードディスクまたは不揮発メモリなどを用いてもよい。
【００４３】
構造物撮像装置１０とノートパソコン２０との接続はケーブル２２（図１では不図示）によって行うが、これらの接続を無線式としてもよい。
【００４４】
＜構造物検査システム１００による検査＞
構造物検査システム１００による検査方法について次に説明する。
【００４５】
まず、構造物撮像装置１０を含む構造物検査システム１００を検査対象とする構造物４０などの上に置き、ノートパソコン２０側で移動開始前の準備作業などをした後、ＬＥＤ照明１２ａを点灯させ、ハンドル３１を押して構造物撮像装置１０をなるべく一定の速度で前方へ移動開始させる。
【００４６】
構造物撮像装置１０の移動によって車輪１５が回転すると、一定回転量（角度）毎にエンコーダ１３からパルス信号が発生する。同期部１４ａは、予め定められた回数のパルス信号をカウントする毎にラインカメラ１１による撮像を同期的に行わせる。これにより、構造物４０などの上で一定距離間隔の帯状領域４０ａを連続して撮像することができる。
【００４７】
ノートパソコン２０は、ラインカメラ１１によって撮像された帯状領域４０ａの画像データを撮像毎に取得し、必要に応じて外付けハードディスク２１にそれぞれ保存するとともに、ＣＰＵ２０ａによって様々な画像処理や解析などを行って構造物４０などの劣化や亀裂などを検出する。具体的な解析には、例えば、背景技術として上述した各特許文献に記載されているような装置やシステムで開示されている方法なども適用可能である。
【００４８】
検査対象とする構造物４０などの図面や地図などの情報を予め入力しておけば、構造物撮像装置１０の移動開始地点情報と撮像された帯状領域４０ａの距離間隔などに基づいて、図面や地図などの上に帯状領域４０ａの各画像データを自動的に重ね合わせてディスプレー２０ｂに表示することもできる。ノートパソコン２０はハンドル３１付近に支持されており、構造物撮像装置１０を移動させながらディスプレー２０ｂ上の表示をリアルタイムで確認できる。これにより、構造物４０などの上の帯状領域４０ａが漏れなく鮮明に撮像されているかを容易に確認しながら検査作業を行うことができる。また、図面や地図などの上に重ね合わせた帯状領域４０ａの各画像データを用いれば、検査報告書なども効率的に作成可能となる。
【００４９】
また、構造物撮像装置１０とノートパソコン２０との接続を無線式とするとともに、フレーム３０およびハンドル３１を取り外せば、撮像部や屈曲光学系などを内装した偏平な箱形状の本体部１０ｃだけになる。これを例えば、ロープやワイヤーなどで吊り下げるようにすれば、構造物撮像装置１０の重心が低いため、ビルなどの建築物やダムなどの土木構造物の鉛直または斜めの壁面であっても、バランスを崩すことなく安定した検査が可能となる。このとき、位置変化検知部は本体を牽引するロープやワイヤーの巻き取り装置に設けたエンコーダであってもよい。これにより鉛直または斜めの壁面であっても本体の移動に同期させて撮像することが可能である。また、必要な精度にもよるが、ＧＰＳ（全地球測位システム）、気圧センサー、レーザー距離計などによって高さ変化を検知して撮像を制御してもよい。
【００５０】
＜その他の実施形態＞
構造物撮像装置１０に、通常のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）や屋内ＧＰＳなどの絶対位置検知器を備えてもよい。
【００５１】
上述した構造物撮像装置１０では、エンコーダ１３によって移動開始地点からの直線上の移動距離がわかるだけであったが、絶対位置検知器と併用することで、構造物４０などで２次元の広がりをもった領域を検査対象とすることもできる。
【００５２】
なお、上述した構造物検査システム１００のように、構造物撮像装置１０とノートパソコン２０とがケーブル２２などによって有線で接続されている場合は、絶対位置検知器はノートパソコン２０に内蔵したり、ハンドル３１付近に備えてもよい。無線式接続の場合とは異なり、これらの絶対位置はほとんど同じだからである。
【００５３】
また、構造物撮像装置１０自体に、この動作を制御するノートパソコン２０と同等の制御装置と、いわゆるロボット掃除機のような自走手段とを備えてもよい。または、構造物撮像装置１０とノートパソコン２０との接続を無線式とするとともに、構造物撮像装置１０自体に自走手段を備えてもよい。さらに、構造物撮像装置１０の起点または通常待機位置となる基地を備えてもよい。これらにより、構造物４０などの検査を、人手を介さず自動的に行うことができ、定期的な保守点検なども容易となる。
【００５４】
なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００５５】
１０    構造物撮像装置
１１    ラインカメラ（撮像部）
１１ａ  カメラ本体
１１ｂ  レンズ
１２ａ  ＬＥＤ照明（照明部）
１２ｂ  照明電源
１３    エンコーダ（移動距離検知部）
１４    電装ボックス
１４ａ  同期部
１５    車輪
１６    ミラー（屈曲光学系）
１７ａ  透明板材
１７ｂ  透明板材
１８    バッテリー
２０    ノートパソコン
２０ａ  ＣＰＵ（制御部）
２０ｂ  ディスプレー（表示部）
２１    外付けハードディスク（保存部）
２２    ケーブル
３０    フレーム
３１    ハンドル（把持部）
４０    構造物
４０ａ  帯状領域
１００  構造物検査システム
【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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