(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状体のドリフト検査に用いるドリフト検査装置において、
前記管状体よりも長い全長を有し、前記管状体の管軸方向に移動可能なドリフトバーと、
前記ドリフトバーの先端部に設けられたドリフトゲージと、
前記管状体の内表面の管周方向に対して環状光を照射する照明機構と、前記環状光の中心軸と同軸上に設けられ前記環状光を撮像するカメラと、前記照明機構及び前記カメラの管周方向への回転の向き及び大きさを測定する回転量測定装置とを有し、前記ドリフトゲージの先端又は内部の前記環状光の照射が妨げられない位置に設けられた管状体撮像装置と、
前記カメラが撮像した前記環状光から、前記管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像を算出する深さ画像算出部と、前記管状体の内表面における前記環状光の輝度分布を表す輝度画像を算出する輝度画像算出部と、回転補正部と、を有し、前記管状体の内表面に存在する欠陥を検出する演算処理装置と、
を備え、
前記回転補正部は、
算出された前記深さ画像及び前記輝度画像について、前記回転量測定装置により測定された前記回転の向き及び大きさを用いて、前記管周方向の回転に伴う管周方向の位置ズレを補正する、ドリフト検査装置。
【請求項２】
前記管状体撮像装置を回転させる駆動制御装置を備え、
前記駆動制御装置は、
前記管状体撮像装置が前記管状体の内部に送入される際、及び、内部から送出される際に、それぞれの前記環状光の遮蔽領域が重ならないように、前記管状体撮像装置を回転する、請求項１に記載のドリフト検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状体内表面検査装置、管状体内表面検査方法、ドリフトゲージ及びドリフト検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管のような金属管や樹脂製のパイプ等に代表される管状体の内表面を検査する管状体の内面検査は、特に鋼管のような金属管においては重要な検査項目の一つであり、通常は、管状体の製造工程とは別の工程を別途設けて、目視検査が行われている。
【０００３】
管状体の目視検査は、検査員の技量に負う部分が大きく、特に、管状体の内表面を検査する内面検査は、目視検査を十分に実施することが困難となる。そのため、特に、管状体の軸方向深部において、破廉恥な疵の流出や重大クレームが発生する可能性がある。また、検査手法によっては、検出困難となる管状体内表面の凹凸も存在するため、管状体の内表面を直接監視することが重要である。
【０００４】
このような管状体の内表面の検査方法として、管状体の内表面を全周に亘って撮像する撮像装置や照明装置等といった光学的手段からなる撮像機構を管状体の内部で管軸方向に沿って移動させる、光学的検査が実施されることが多い。
【０００５】
例えば、以下の特許文献１には、鋼管の端部内面に対して撮影カメラを配置し、全周画像を撮影する際に、撮影カメラを回転させる技術が開示されている。かかる特許文献１では、撮影カメラの回転量をエンコーダにて測定し、得られた回転移動量から管周方向の撮影ピッチ（長さ間隔）を導出し、全周方向を一定ピッチで撮影していく手法が提案されている。
【０００６】
以下の特許文献２には、照明とカメラとを配置した撮像部を鋼管の内部へと送入し、照明の投光角を遠隔操作で操作しながら鋼管の内表面全長を撮像する技術が開示されている。かかる特許文献２では、撮像視野を、鋼管の内表面全周分としておらず、鋼管内面３６０°分を確保しておらず、撮像部を反転させることで、全周方向分の画像を取得するとしている。
【０００７】
以下の特許文献３には、管状体の内部に測定器を挿入し、スリットレーザを照射することで得られる光切断画像からレーザ線を検出する技術が開示されている。かかる特許文献３では、レーザ受光強度に応じてレーザ線の色を変え、光切断画像に上書き表示して、鋼管内面の凹凸である溶接ビード部を表示する手法が提案されている。
【０００８】
以下の特許文献４には、円盤状のレーザを管状体の内面に照射し、光切断画像を形成し、管状体内面の管軸方向に移動しながらこの光切断面を逐次撮像することで、管状体の内面形状を構築する技術が開示されている。
【０００９】
以下の特許文献５には、２種の光源を管状体の内面に照射する技術が開示されており、一方の光源から円環状のレーザを周方向に照射して光切断画像を取得するとともに、もう一方の光源から一様な面照明を照射する。かかる特許文献５では、これら異なる照明から発せられた光を受光し、管状体内面の凹凸及び模様を測定する手法が提案されている。
【００１０】
以下の特許文献６には、管状体の管軸方向に沿って移動しながら、管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射して得られる環状ビーム画像から光切断画像を得ることで、内表面の凹凸疵と模様系の疵とを同時に検出する装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−１７６９９４号公報
【特許文献２】特開昭６１−２０２１０９号公報
【特許文献３】特開２００４−９３１９５号公報
【特許文献４】特開２００７−２８５８９１号公報
【特許文献５】特開平５−１４９８８５号公報
【特許文献６】特開２０１２−１５９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここで、上記特許文献１に開示されている技術では、管状体端部内面に測定機を送入し、鋼管軸方向からカメラにより撮像を行うものであり、ミラーにて反射された鋼管端部内面が、カメラにより撮像される。このとき、内面全周分の撮像には、カメラ及びミラーを回転させるとともに、エンコーダにてカメラ回転量を測定し、鋼管周方向の取込分解能を一定にするために、エンコーダ測定値から回転量が導出される。しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、撮像機材の傾きや変化に起因した視野変化を抑制することが困難であるという問題がある。
【００１３】
また、上記特許文献２に開示されている技術では、撮像部によって鋼管内表面が遮蔽されてしまう影響を排除するために、撮像部を回転させることで全周分の画像を取得するものであるが、撮像部の回転量については言及されておらず、疵の多重カウントを留意するといった手動による操作に依存するものとなっている。そのため、撮像部の姿勢変化に応じて得られた画像を定量的に補正することができないという問題がある。
【００１４】
また、上記特許文献３に開示されている技術は、レーザ受光強度に応じてレーザ細線部の色を変えて、鋼管内面光切断画像に表示させるのみであり、鋼管内表面の凹凸形状や、鋼管内表面に存在するビード部を、自動的に検出したり判定したりすることが困難であるという問題がある。
【００１５】
また、上記特許文献４に開示されている技術では、カメラ及び光源を管軸方向に走査することで管状体内面の形状を連続的に取得しているが、かかる技術では、三次元形状を表示しているのみであって、凹凸疵等の有害／無害の自動判定が困難であるという問題がある。
【００１６】
また、上記特許文献５に開示されている技術では、形状モニタと状態モニタとを利用して、主として目視により管状体内面の凹凸及び模様を判断しており、有害部の自動判定が困難であるという問題がある。
【００１７】
また、上記特許文献６に開示されている技術では、管状体撮像装置を管軸方向に走査する必要があり、走査時における管状体撮像装置の姿勢変化への追従ができないという問題がある。
【００１８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、管状体の内表面を撮像する撮像機材に姿勢変化が生じた場合であっても、管状体の内表面に存在する凹凸疵と模様系の疵とを自動的に検出することが可能な、管状体内表面検査装置、管状体内表面検査方法、ドリフトゲージ及びドリフト検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、管状体のドリフト検査に用いるドリフト検査装置において、前記管状体よりも長い全長を有し、前記管状体の管軸方向に移動可能なドリフトバーと、前記ドリフトバーの先端部に設けられたドリフトゲージと、前記管状体の内表面の管周方向に対して環状光を照射する照明機構と、前記環状光の中心軸と同軸上に設けられ前記環状光を撮像するカメラと、前記照明機構及び前記カメラの管周方向への回転の向き及び大きさを測定する回転量測定装置とを有し、前記ドリフトゲージの先端又は内部の前記環状光の照射が妨げられない位置に設けられた管状体撮像装置と、前記カメラが撮像した前記環状光から、前記管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像を算出する深さ画像算出部と、前記管状体の内表面における前記環状光の輝度分布を表す輝度画像を算出する輝度画像算出部と、回転補正部と、を有し、前記管状体の内表面に存在する欠陥を検出する演算処理装置と、を備え、前記回転補正部は、算出された前記深さ画像及び前記輝度画像について、前記回転量測定装置により測定された前記回転の向き及び大きさを用いて、前記管周方向の回転に伴う管周方向の位置ズレを補正する、ドリフト検査装置が提供される。
【００２０】
前記ドリフト検査装置は、前記管状体撮像装置を回転させる駆動制御装置を備え、前記駆動制御装置は、前記管状体撮像装置が前記管状体の内部に送入される際、及び、内部から送出される際に、それぞれの前記環状光の遮蔽領域が重ならないように、前記管状体撮像装置を回転することが好ましい。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように本発明によれば、管状体の内表面を撮像する撮像機材に姿勢変化が生じた場合であっても、管状体の内表面に存在する凹凸疵と模様系の疵とを自動的に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る管状体内表面検査装置の構成を模式的に示したブロック図である。
【図２Ａ】同実施形態に係る管状体撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図２Ｂ】同実施形態に係る管状体撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図２Ｃ】同実施形態に係る管状体撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図３Ａ】同実施形態に係る回転量測定装置の一例を模式的に示した説明図である。
【図３Ｂ】同実施形態に係る回転量測定装置の一例を模式的に示した説明図である。
【図４】同実施形態に係る演算処理装置が備える画像処理部の構成の一例を示したブロック図である。
【図５】同実施形態に係る環状ビーム画像の一例を示した説明図である。
【図６】同実施形態に係る座標変換処理について説明するための説明図である。
【図７】同実施形態に係る縞画像フレームの一例を示した説明図である。
【図８Ａ】同実施形態に係る光切断線処理について説明するための説明図である。
【図８Ｂ】同実施形態に係る光切断線処理について説明するための説明図である。
【図９Ａ】同実施形態に係る光切断線変位の二次元配列を示した説明図である。
【図９Ｂ】同実施形態に係る輝度の総和の二次元配列を示した説明図である。
【図９Ｃ】同実施形態に係る輝線の画素数の二次元配列を示した説明図である。
【図１０】光切断線の変位と欠陥の高さとの関係を示した説明図である。
【図１１】同実施形態に係る光切断線の近似補正処理を説明するための説明図である。
【図１２】管状体撮像装置の回転による影響を説明するための説明図である。
【図１３】管状体撮像装置の回転による影響を説明するための説明図である。
【図１４Ａ】同実施形態に係る回転量特定処理の一例を示した説明図である。
【図１４Ｂ】同実施形態に係る回転量特定処理の一例を示した説明図である。
【図１５】同実施形態に係る回転補正処理を説明するための説明図である。
【図１６】同実施形態に係る回転補正処理を説明するための説明図である。
【図１７】同実施形態に係る欠陥検出処理で用いられるロジックテーブルの一例を模式的に示した説明図である。
【図１８】同実施形態に係る管状体内表面検査方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１９】同実施形態に係る管状体内表面検査方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係る管状体内表面検査装置が備える演算処理装置における画像処理部の構成の一例を示したブロック図である。
【図２１】同実施形態に係る環状ビームの照射領域の一例を示した説明図である。
【図２２】同実施形態に係る環状ビーム画像の一例を模式的に示した説明図である。
【図２３】同実施形態に係る送入時の縞画像フレームの一例を示した説明図である。
【図２４】同実施形態に係る送出時の縞画像フレームの一例を示した説明図である。
【図２５】同実施形態に係る遮蔽領域の輝度の分布の一例を示した説明図である。
【図２６】同実施形態に係る輝線の画素数の分布の一例を示した説明図である。
【図２７】同実施形態に係る深さ画像の補完処理を説明するための説明図である。
【図２８】管状体撮像装置の回転による影響を説明するための説明図である。
【図２９】管状体撮像装置の回転による影響を説明するための説明図である。
【図３０】管状体撮像装置の回転による影響を説明するための説明図である。
【図３１】管状体撮像装置の回転による影響を説明するための説明図である。
【図３２】管状体撮像装置の回転による影響を説明するための説明図である。
【図３３】管状体撮像装置の回転による影響を説明するための説明図である。
【図３４】同実施形態に係る回転補正処理を説明するための説明図である。
【図３５】同実施形態に係る回転補正処理を説明するための説明図である。
【図３６】同実施形態に係る回転補正処理を説明するための説明図である。
【図３７】同実施形態に係る回転補正処理を説明するための説明図である。
【図３８】同実施形態に係る回転補正処理を説明するための説明図である。
【図３９】同実施形態に係る深さ画像及び輝度画像の補完画像を模式的示した説明図である。
【図４０】同実施形態に係る管状体内表面検査方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図４１Ａ】本発明の第３の実施形態に係る管状体内表面検査装置が備える管状体撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図４１Ｂ】同実施形態に係る管状体撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図４２】同実施形態に係る管状体撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図４３Ａ】同実施形態に係る環状ビーム画像の一例を模式的に示した説明図である。
【図４３Ｂ】同実施形態に係る環状ビーム画像の一例を模式的に示した説明図である。
【図４４】同実施形態に係る管状体内表面検査装置が備える演算処理装置が有する画像処理部の構成の一例を模式的に示したブロック図である。
【図４５Ａ】同実施形態に係る座標変換処理について説明するための説明図である。
【図４５Ｂ】同実施形態に係る座標変換処理について説明するための説明図である。
【図４６】ドリフト検査について説明するための説明図である。
【図４７】本発明の実施形態に係るドリフトゲージの構成を模式的に示した説明図である。
【図４８】同実施形態に係るドリフトゲージが備える管状体撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図４９】同実施形態に係る管状体撮像装置により生成される周囲撮像画像について説明するための説明図である。
【図５０】同実施形態に係るドリフトゲージが備える管状体撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図５１】同実施形態に係るドリフトゲージが備える演算処理装置が有する画像処理部の構成の一例を模式的に示したブロック図である。
【図５２】同実施形態に係る画像処理部が実施するレーザ照射位置判定処理を説明するための説明図である。
【図５３】同実施形態に係る画像処理部が実施するレーザ照射位置判定処理を説明するための説明図である。
【図５４】同実施形態に係る画像処理部が実施するゲージ送入判定処理を説明するための説明図である。
【図５５Ａ】同実施形態に係る画像処理部が実施するゲージ送入判定処理を説明するための説明図である。
【図５５Ｂ】同実施形態に係る画像処理部が実施するゲージ送入判定処理を説明するための説明図である。
【図５６】本発明の各実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４０】
（第１の実施形態）
＜管状体内表面検査装置の全体構成について＞
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の構成の一例を示した説明図である。
【００４１】
本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０は、管状体１の内表面を撮像して、撮像の結果得られる画像を画像処理することにより、管状体１の内表面を検査する装置であり、より詳細には、管状体１の内表面に表面欠陥（凹凸疵及び模様系の疵）が存在するか否かを検査する装置である。
【００４２】
なお、本実施形態に係る管状体１は、中空部を有する管状のものであれば特に限定されるわけではないが、かかる管状体１の例として、スパイラル鋼管、電縫鋼管、ＵＯ鋼管、継目無鋼管（シームレス鋼管）、鍛接鋼管、ＴＩＧ溶接鋼管等の各種鋼管に代表される金属管やパイプのみならず、熱間押出法で使用されるコンテナと称するシリンダー等の管状物を挙げることができる。
【００４３】
本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０は、図１に示したように、管状体１の内表面を撮像する管状体撮像装置１００と、管状体撮像装置１００の管軸方向に沿った移動を制御する駆動制御装置１５０と、撮像の結果得られる画像に対して画像処理を行う演算処理装置２００と、を備える。
【００４４】
管状体撮像装置１００は、管状体１の中空部に設置される。この管状体撮像装置１００は、管状体１の管軸方向に沿って位置を随時変更しながら、当該管状体１の内表面を管軸方向に沿って順次撮像し、撮像の結果得られる撮像画像を、演算処理装置２００に出力する装置である。管状体撮像装置１００は、駆動制御装置１５０により管軸方向に沿った位置が制御されており、管状体撮像装置１００の移動に伴いＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：パルス型速度検出器）等からＰＬＧ信号が演算処理装置２００に出力される。また、管状体撮像装置１００は、演算処理装置２００によって、管状体１の撮像タイミング等が制御されている。
【００４５】
駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００の管軸方向の移動、及び、管中心軸方向を回転軸とする管状体周方向の回転を制御するアクチュエータ等の装置である。駆動制御装置１５０は、演算処理装置２００による制御のもとで、管状体撮像装置１００の管軸方向の移動や管状体周方向の回転といった動作の制御を行う。
【００４６】
より詳細には、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を管状体内部に送入／送出させる。また、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００の管状体周方向の回転が所定の閾値角度以下に抑制されるように、管状体周方向の回転を制御することが好ましい。
【００４７】
また、演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００によって生成された撮像画像を利用して縞画像フレームを生成し、この縞画像フレームに対して画像処理を行うことで、管状体１の内表面に存在している可能性のある欠陥を検出する装置である。
【００４８】
＜管状体撮像装置１００の構成について＞
続いて、図２Ａ〜図３Ｂを参照しながら、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成について、詳細に説明する。図２Ａ〜図２Ｃは、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成の一例を模式的に示した説明図である。図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態に係る回転量測定装置の一例を模式的に示した説明図である。
【００４９】
図２Ａに模式的に示したように、本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、照明機構１１０と、撮像装置の一例であるカメラ１２０と、回転量測定装置１３０と、照明機構１１０及びカメラ１２０のそれぞれが固定される保持基板１４１と、２つの保持基板１４１を連結する支柱である連結部材１４３と、を備える。
【００５０】
照明機構１１０は、管状体１の内表面に対して所定の光を照射することで、管状体１の内表面を照明する機構である。この照明機構１１０は、管状体１の内表面の全周方向に対して環状のレーザ光を照射するレーザ光照射装置を少なくとも有している。
【００５１】
かかるレーザ光照射装置は、管状体１の内表面の管周方向に沿って環状のレーザ光（以下、「環状ビーム」ともいう。）を照射する装置であり、図２Ａに示したように、レーザ光源１１１と、円錐状の光学素子１１３と、を有している。
【００５２】
レーザ光源１１１は、所定の波長を有するレーザ光を発振する光源である。このようなレーザ光源１１１として、例えば、連続的にレーザ発振を行うＣＷレーザ光源を用いることが可能である。レーザ光源１１１が発振する光の波長は、特に限定されるものではないが、例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光帯域に属する波長であることが好ましい。レーザ光源１１１は、後述する演算処理装置２００から送出される照射タイミング制御信号に基づいて、レーザ光の発振を行う。
【００５３】
円錐状の光学素子１１３は、円錐形状のミラー又はプリズムを備える光学素子であり、円錐部の頂点がレーザ光源１１１と対向するように設置されている。レーザ光源１１１から射出されたスポット状のレーザ光は、光学素子１１３の円錐部の頂点によって反射され、リング状にラインビームが発生することとなる。ここで、円錐部の円錐角が９０°である場合には、図２Ａに示したように、レーザ光源１１１からのレーザ入射方向に対して直角方向に、環状ビームが照射されることとなる。
【００５４】
撮像装置の一例であるカメラ１２０は、図２Ａに示すように、照明機構１１０から見て管軸方向後方（被検査材への送入方向の逆側）に設けられていてもよいし、被検査材への送入方向前方に設けられていてもよい。撮像装置の一例であるカメラ１２０には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、又は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子が搭載されている。かかるカメラ１２０は、モノクロカメラであってもよいし、カラーカメラであってもよい。カメラ１２０は、管状体１の内表面に垂直に照射された環状ビームを、図２Ａに示したように角度φの方向から撮像する。
【００５５】
カメラ１２０に搭載されるレンズの焦点距離や画角、及び、照明機構１１０とカメラ１２０の撮像素子との間の距離は特に限定するものではないが、管状体１の内表面に照射された環状ビームの全体像を撮像可能なように選択することが好ましい。また、カメラ１２０に搭載される撮像素子の大きさや画素サイズも特に限定するものではないが、生成される画像の画質や画像分解能等を考慮すると、サイズの大きな撮像素子を利用することが好ましい。また、以下で説明する画像処理の観点から、環状ビームのライン幅（線幅）は、撮像素子上で１〜３画素程度であるように調整されることが好ましい。
【００５６】
このような照明機構１１０とカメラ１２０とは、照明機構１１０から照射されるレーザ光の中心軸と、カメラ１２０の中心軸（光軸）とが同軸となるように配置されて、撮像プローブを構成している。かかる撮像プローブは、図２Ａに模式的に示したように、撮像プローブの支持バーによって支持されている。駆動制御装置１５０によって支持バーが管軸方向に駆動されることで、照明機構１１０及びカメラ１２０は、駆動制御装置１５０によって管状体１の中心軸に略一致するように管軸方向に移動しながら、管状体１の内表面を走査する。
【００５７】
ここで、後述する演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００が管軸方向に所定距離移動する毎に、カメラ１２０に対して撮像のためのトリガ信号を出力する。照明機構１１０及びカメラ１２０の管軸方向の移動間隔は、適宜設定することが可能であるが、例えば、カメラ１２０に設けられた撮像素子の画素サイズと同一にすることが好ましい。管軸方向の移動間隔と撮像素子の画素サイズとを一致させることで、撮像された画像において縦方向の分解能と横方向の分解能とを一致させることができる。
【００５８】
なお、図２Ａに示した角度φは、任意の値に設定することが可能であるが、例えば３０〜６０度程度とすることが好ましい。かかる角度をあまり大きくすると環状ビームの管状体１の内面からの散乱光（反射光）が弱くなり、また小さくすると、検査対象物である管状体１の深さ変化量に対して、後述する縞画像における縞の移動量が小さくなり、管状体１の内表面に存在する凹部の深さ（又は、凸部の高さ）に関する情報が劣化するためである。
【００５９】
回転量測定装置１３０は、照明機構１１０及びカメラ１２０が管状体１の管軸方向に沿って移動の際に生じる、照明機構１１０及びカメラ１２０の管状体周方向の回転の向き及び大きさを測定する装置である。回転の向き及び大きさは、それぞれ、所定の基準位置から変化した方向、及び、所定の基準位置からの変化量を表している。以下で詳述するように、本実施形態では、カメラ１２０による撮像を開始したタイミングでの回転量測定装置１３０の測定結果を、基準位置として取り扱う。かかる回転量測定装置１３０は、図２Ａに模式的に示したように、例えば、カメラ１２０が固定されている保持基板１４１に対して配置される。なお、図２Ａでは、回転量測定装置１３０は、カメラ１２０が固定されている保持基板１４１に対して配置されているが、照明機構１１０が固定されている保持基板１４１に配置されていても良いことは、言うまでもない。
【００６０】
ここで、後述する演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００が管軸方向に所定距離移動する毎に、回転量測定装置１３０に対して測定のためのトリガ信号を出力し、回転量測定装置１３０により回転の向き及び大きさが測定される。このような回転量測定装置１３０は、特に限定されるものではないが、加速度計、ジャイロセンサ、ロータリーエンコーダ等といった、姿勢検出用センサとして用いられる公知の様々な測定装置を適宜利用することが可能である。
【００６１】
なお、加速度計やジャイロセンサ等のような回転角を測定可能な装置を回転量測定装置１３０として利用する場合、これらの回転量測定装置１３０を、図２Ａに示したように、照明機構１１０及びカメラ１２０と同軸となるように配置することが好ましい。加速度計やジャイロセンサ等のような測定装置は、互いに直交する３本の座標軸が規定されていることが多いが、本実施形態に係る回転量測定装置１３０では、図３Ａに模式的に示したように、同一平面内で互いに直交する２つの座標軸を利用することが好ましい。
【００６２】
いま、互いに直交する２つの座標軸をそれぞれＡ軸及びＢ軸とし、回転角度が０度である状態で、Ａ軸正方向が鉛直方向下向きであり、Ｂ軸正方向が水平方向右向きであるものとする（図３Ａ  中央の図）。この状態では、Ａ軸では、重力加速度Ｇの大きさである９．８０６６５ｍ／ｓ２という値が、鉛直方向下向きに検出され、Ｂ軸では、加速度は検出されない。一方、回転量測定装置１３０が時計周りに４５度回転した場合（＋４５度回転とする。図３Ａ  左図）、Ａ軸及びＢ軸は、鉛直方向下向きに、９．８０６６５ｍ／ｓ２×２０．５の大きさの加速度を検出し、回転量測定装置１３０が反時計周りに４５度回転した場合（−４５度回転とする。図３Ａ  右図）、Ａ軸は、鉛直方向下向きに、９．８０６６５ｍ／ｓ２×２０．５の大きさの加速度を検出するとともに、Ｂ軸は、鉛直方向上向きに、９．８０６６５ｍ／ｓ２×２０．５の大きさの加速度を検出する。このように、加速度計やジャイロセンサ等のような回転角を測定可能な装置は、各軸で検出される重力加速度の大きさ及び方向に基づいて、回転角度（向き及び大きさ）を測定することが可能となる。なお、図３Ａでは、回転量測定装置１３０において、互いに直交する２つの座標軸が規定されている場合について図示を行っているが、原理的には、２つの座標軸は、互いに平行となる位置関係でさえなければ、直交していなくともよい。
【００６３】
また、図３Ｂに模式的に示した、タッチロールを有するロータリーエンコーダ等のような回転に伴って測定対象物が移動した長さそのものを測定する装置を、回転量測定装置１３０として利用する場合、これらの回転量測定装置１３０を、測定対象物（すなわち、本実施形態では、照明機構１１０及びカメラ１２０）と同一の回転が生じている部分に装着することが好ましい。例えば図２Ｂに模式的に示したように、ロータリーエンコーダ等の回転量測定装置１３０を、照明機構１１０及びカメラ１２０と同一の回転が生じている支持バーそのものや支持バー保持部に対して装着することが可能である。
【００６４】
照明機構１１０及びカメラ１２０は、それぞれ保持基板１４１に固定されており、これら２つの保持基板１４１は、１又は複数の連結部材１４３により連結されている。照明機構１１０及びカメラ１２０が、保持基板１４１及び連結部材１４３により固定されることで、管状体１の内表面を撮像するための撮像プローブが形成される。
【００６５】
保持基板１４１の素材については、管状体撮像装置１００に求められる強度等に応じて適宜選択することが好ましい。また、連結部材１４３については、ガラス製等のような、環状ビームの波長に対して透明とみなすことができる素材を用いることが好ましい。また、連結部材１４３の本数は、管状体撮像装置１００に求められる強度に応じて適宜設定すればよく、１本であってもよいし、複数本であってもよい。なお、照明機構１１０及びカメラ１２０が重量化し、連結部材１４３に十分な強度が求められる場合には、連結部材１４３は、例えば金属等のような、環状ビームの波長に対して透明とみなすことができない素材を利用して形成されることとなる。しかしながら、このような場合には、以下で説明する第２の実施形態に係る処理を実施することで、撮像を行うことが可能となる。
【００６６】
ここで、複数本の連結部材１４３を設ける場合、それぞれの連結部材１４３は、例えば図２Ｃに示したように、保持基板１４１の縁部に当該保持基板１４１の管周方向に沿って等間隔に配置されることが好ましい。
【００６７】
以下に、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の有する各装置について、その具体的な構成や設定値等を列挙する。かかる構成や設定値等はあくまでも一例であって、本発明に係る管状体撮像装置１００が、以下の具体例に限定されるわけではない。
【００６８】
○管状体
内径５０ｍｍ〜５００ｍｍ、長さ１０ｍ〜２０ｍ
○照明機構
１００ｍＷの出力でレーザ光源１１１から赤色レーザ光を照射。円錐状の光学素子１１３（円錐角９０度）により、５０ｍＷの環状ビームとなって管状体の内表面に照射される。管状体の内表面に照射されるラインビーム幅は、０．２５ｍｍである。ただし、この場合のラインビーム幅とは、ピーク強度値から１３．５％で定義されるものである。
○カメラ
１０２４画素×１０２４画素のＣＣＤ（画素サイズ：５．５μｍ×５．５μｍ）を撮像素子として搭載されており、フレームレートは、９０ｆｐｓである。レンズの焦点距離は１．８１ｍｍであり、画角は１８０°である。撮影される画像の画素サイズは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、ラインビーム幅は、撮像画像上では、１〜３画素の輝線の幅で撮影される。
○回転量測定装置
１６ｂｉｔの３軸加速度計（±６Ｇ）、サンプリング周期：最大１０００Ｈｚ
カメラにより実現される０．５ｍｍ／画素の撮像分解能に対して、約２０倍程度の優れた角度分解能を有している。
○カメラ１２０は、管状体の内表面を、管軸方向に０．５ｍｍ進む毎に撮像し、回転量測定装置１３０は、管状体の内表面を管軸方向に０．５ｍｍ進む毎に、回転角度の測定値を出力する。
【００６９】
＜演算処理装置２００の全体構成について＞
以上、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成について説明した。続いて、再び図１に戻って、本実施形態に係る演算処理装置２００の全体構成について説明する。
【００７０】
本実施形態に係る演算処理装置２００は、例えば図１に示したように、撮像制御部２０１と、画像処理部２０３と、表示制御部２０５と、記憶部２０７と、を主に備える。
【００７１】
撮像制御部２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。撮像制御部２０１は、本実施形態に係る管状体撮像装置１００による検査対象物の撮像制御を実施する。より詳細には、撮像制御部２０１は、管状体１の撮像を開始する場合に、照明機構１１０に対してレーザ光の発振を開始させるための制御信号を送出する。
【００７２】
また、管状体撮像装置１００が管状体１の撮像を開始すると、管状体撮像装置１００からＰＬＧ信号が定期的に（例えば、管状体撮像装置１００が０．５ｍｍ移動する毎に１パルスのＰＬＧ信号）送出されるが、撮像制御部２０１は、ＰＬＧ信号を取得する毎にカメラ１２０に対して撮像を開始するためのトリガ信号を送出するとともに、回転量測定装置１３０に対して回転量の測定を開始するためのトリガ信号を送出する。
【００７３】
画像処理部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０３は、管状体撮像装置１００（より詳細には、管状体撮像装置１００のカメラ１２０）から取得した撮像データを利用して、後述する縞画像フレームを生成する。その後、生成した縞画像フレームに対して、以下で説明するような画像処理を行い、測定対象物である管状体の内表面に存在する可能性のある欠陥を検出する。画像処理部２０３は、管状体１の内表面の欠陥検出処理を終了すると、得られた検出結果に関する情報を、表示制御部２０５に伝送する。
【００７４】
なお、この画像処理部２０３については、以下で改めて詳細に説明する。
【００７５】
表示制御部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部２０５は、画像処理部２０３から伝送された、検査対象物である管状体１の欠陥検出結果を、演算処理装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２００の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、欠陥検出装置１０の利用者は、検査対象物（管状体１）の内表面に存在する各種の欠陥に関する検出結果を、その場で把握することが可能となる。
【００７６】
記憶部２０７は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２００が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２０７には、本実施形態に係る演算処理装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２０７は、撮像制御部２０１、画像処理部２０３、表示制御部２０５等が、リード／ライト処理を実行することが可能である。
【００７７】
＜画像処理部２０３について＞
続いて、図４を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える画像処理部２０３について、詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部の構成を示したブロック図である。
【００７８】
本実施形態に係る画像処理部２０３は、図４に示したように、Ａ／Ｄ変換部２１１と、環状ビームセンター算出部２１３と、座標変換部２１５と、縞画像フレーム生成部２１７と、画像算出部２１９と、検出処理部２２９と、を主に備える。
【００７９】
Ａ／Ｄ変換部２１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。Ａ／Ｄ変換部２１１は、カメラ１２０から出力された撮像画像をＡ／Ｄ変換し、図５に示したようなデジタル多値画像データ（すなわち、環状ビーム画像）として出力する。かかるデジタル多値画像データは、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに記憶される。これらのデジタル多値画像データを管状体の管軸方向に沿って順次利用することにより、後述するような縞画像フレームが形成される。
【００８０】
図５に示したように、環状ビーム画像は、管状体１の内表面の管軸方向に沿ったある位置において、管状体の内表面に照射された環状ビームを撮像したものである。環状ビーム画像は、予めカメラのゲインやレンズの絞りを適切に設定することにより、例えば図５に示したように、環状ビームが照射された部分が白く表示され、その他の部分は黒く表示されている濃淡画像になっている。また、環状ビームの円周上に重畳している凹凸が、管状体の内表面の断面形状と、内表面に存在する欠陥に関する情報を含んでいる。
【００８１】
Ａ／Ｄ変換部２１１は、カメラ１２０から出力された撮像画像に基づいて図５のような環状ビーム画像を生成すると、生成した環状ビーム画像に対応するデータを、後述する環状ビームセンター算出部２１３に出力する。
【００８２】
環状ビームセンター算出部２１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。環状ビームセンター算出部２１３は、Ａ／Ｄ変換部２１１から出力された各環状ビーム画像について、環の重心位置と環の半径をそれぞれ算出する。
【００８３】
環の重心位置及び半径を算出する方法は、特に限定されるわけではなく、公知のあらゆる方法を利用することが可能である。環の重心位置及び半径を算出する方法の具体例としては、例えば、環状ビーム画像が真円に近い場合は、以下のような２つの方法を挙げることができる。
【００８４】
・２値化した環状ビーム画像上の任意の３点を抽出し、この３点の位置座標の重心を算出する。得られた重心位置と３点のうち任意の１点との間の距離が環の半径となる。
・ハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換による円抽出を行い、円（すなわち、環状ビーム）の重心と半径とを算出する。
【００８５】
環状ビームセンター算出部２１３は、各環状ビーム画像について環の重心位置及び半径を算出すると、環の重心位置及び半径に関する情報をそれぞれ生成して、後述する座標変換部２１５に出力する。
【００８６】
なお、本実施形態においては、管状体１の内面の断面形状が真円に近い場合について説明しているが、任意の断面形状に対して適用可能であり、例えば、断面形状が楕円や角丸長方形等であってもよい。このような場合の重心は、環状ビームの形状から求めることが可能であり、求めた重心との距離の最大値と最小値の平均値を半径として用いることで、後述する座標変換を同じ手順で実施することができる。
【００８７】
座標変換部２１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。座標変換部２１５は、算出された重心位置、及び、当該重心位置と環状ビームの照射部分との離隔距離に基づいて、環状ビーム画像の座標系を変換する。その後、座標変換部２１５は、環状ビームの照射部分を管状体の管周方向に展開した線分として表した光切断画像を生成する。
【００８８】
環状ビームの重心位置が算出されることで、環状ビームの照射位置に対応する画素の存在位置を、重心位置を原点とした極座標（ｒ，θ）で表すことができる。座標変換部２１５は、図６に示したように、環状ビームセンター算出部２１３で算出された半径ｒに動径方向に±Δｒの余裕を設けたうえで（すなわち、ｒ−Δｒ〜ｒ＋Δｒの範囲で）、０°≦θ≦３６０°として座標変換を実施する。ここで、θ＝０°の位置は、撮像開始時において回転量測定装置１３０により測定される回転角度の値の位置とする。なお、本実施形態では、動径方向のｒ−Δｒ〜ｒ＋Δｒの範囲で座標変換を実施する場合について説明しているが、余裕Δｒの値は、環状ビームの照射部分を含む範囲で、プラス方向とマイナス方向とで異なった値であってもよい。かかる場合、例えば、座標変換を行う範囲は、ｒ−Δｒ１〜ｒ＋Δｒ２などと表現することができる。ただし、本実施形態においては、プラス方向とマイナス方向とで同じ値Δｒを用いる場合について、以降の説明を行う。
【００８９】
このような座標変換を行うことで、図６の右側に示したように、動径方向には半径ｒを中心として２Δｒの高さを有し、角度方向には３６０°分の長さを有する帯状の画像が抽出されることとなる。以上の説明からも明らかなように、抽出された帯状の画像は、環状ビームの照射部分を管状体の管周方向に展開した線分（以下、「光切断線」とも称する。）を含むこととなる。また、動径方向に関して、半径ｒを中心として２Δｒの範囲を抽出することで、環状ビームの周に凹凸が存在していたとしても、かかる凹凸を含む環状ビームの周をもれなく抽出することが可能となる。このようにして得られた帯状の画像を、以下では光切断画像と称することとする。
【００９０】
なお、Δｒの大きさは、管状体１に存在しうる凹凸の高さの範囲を過去の操業データ等に基づいて予め大まかに算出しておくことで、決定することが可能である。
【００９１】
上述のような管状体撮像装置１００により撮像された環状ビーム画像は、約３００画素に相当する半径を有する環を含むこととなる。そこで、ｒ＝３００画素、Δｒ＝２５画素として、０°≦θ≦３６０°の範囲で光切断画像の抽出を行うと、横１８８５画素×高さ５０画素の光切断画像が生成されることとなる。
【００９２】
また、座標変換部２１５は、抽出された光切断画像における各画素の座標（ｒ，θ）を利用することで、光切断画像に含まれる画素の座標を直交座標（ｒｃｏｓθ，ｒｓｉｎθ）に変換する。ここで、座標変換部２１５が実施する座標値の変換は、極座標系から直交座標系への変換であるため、極座標系における格子点（すなわち、画素の中心位置）が、直交座標系において必ず格子点に対応するとは限らず、非格子点に対応するものも存在することとなる。そこで、座標変換部２１５は、直交座標系における非格子点の濃度（画素値）を補間するために、着目している点の近傍に位置する他の格子点の濃度に基づいて補間する、いわゆる画像補間法を併せて実施することが好ましい。
【００９３】
かかる画像補間法は、特に限定されるものではなく、例えば、「昭晃堂  画像処理ハンドブック」等に記載されている公知の画像補間法を利用することが可能である。このような画像補間法の例として、最近傍（ｎｅａｒｅｓｔ  ｎｅｉｇｈｂｏｒ）法、双線形補間（ｂｉ−ｌｉｎｅａｒ  ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法、３次補間（ｂｉ−ｃｕｂｉｃ  ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）法等を挙げることができる。これらの方法のうち、前者ほど処理速度が速く、後者ほど高品質の結果を得ることができる。そこで、座標変換部２１５は、利用する画像補間法の種別を、処理に用いることのできるリソース量や処理時間等に応じて適宜決定すればよい。本実施形態において示す光切断画像の具体例では、画像補間法として３次補間法を適用している。
【００９４】
座標変換部２１５は、上述のような座標変換処理や画像補間処理を終了すると、得られた光切断画像に対応する画像データを、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに、管状体の管軸方向に沿って順次格納していく。
【００９５】
縞画像フレーム生成部２１７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。縞画像フレーム生成部２１７は、記憶部２０７等に設けられた画像メモリから、管状体の管軸方向に沿って格納された光切断画像を順に取得する。その後、縞画像フレーム生成部２１７は、取得した各光切断画像を管状体の管軸方向に沿って順に配列して、縞画像フレームを生成する。
【００９６】
１つの縞画像フレームを構成する光切断画像の個数は、適宜設定すればよいが、例えば、２５６個の光切断画像で１つの縞画像フレームを構成するようにしてもよい。各光切断画像は、上述のように環状ビーム画像の撮像間隔毎（例えば、０．５ｍｍ間隔）に存在している。そのため、０．５ｍｍ間隔で撮像された環状ビーム画像に基づく、２５６個の光切断画像からなる１つの縞画像フレームは、管状体の内表面の全周を、管軸方向に沿って１２８ｍｍ（＝２５６×０．５ｍｍ）の範囲で撮像した結果に相当する。
【００９７】
図７に、縞画像フレーム生成部２１７によって生成される縞画像フレームの一例を示した。図７に示した縞画像フレームは、２５６個の光切断画像のうち、１６個の光切断画像を示したものである。図７に示した縞画像フレームにおいて、図面の横方向に伸びた１本の線分が、１枚の環状ビーム画像を展開したものに相当しており、図面の横方向が環状ビームの管周方向に対応している。また、図７に示した縞画像フレームにおいて、図面の縦方向が、管状体１の管軸方向に相当している。
【００９８】
縞画像フレーム生成部２１７は、図７に示したような縞画像フレームを生成すると、生成した縞画像フレームを、後述する画像算出部２１９に出力する。また、縞画像フレーム生成部２１７は、生成した縞画像フレームに対応するデータに、当該縞画像フレームを生成した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として記憶部２０７等に格納してもよい。
【００９９】
画像算出部２１９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像算出部２１９は、縞画像フレーム生成部２１７が生成した縞画像フレームに基づいて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する。この画像算出部２１９は、図４に示したように、光切断線処理部２２１と、深さ画像算出部２２３と、輝度画像算出部２２５と、回転補正部２２７と、を備える。
【０１００】
光切断線処理部２２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。光切断線処理部２２１は、縞画像フレームに含まれる各光切断線について、光切断線の変位量（輝線の曲がり具合）を含む光切断線特徴量を算出する。以下では、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら、光切断線処理部２２１が実施する処理及び算出する光切断線特徴量について、詳細に説明する。図８Ａは、縞画像フレームを模式的に示した説明図である。図８Ｂは、光切断線処理部が実施する光切断線処理について説明するための説明図である。
【０１０１】
図８Ａでは、１つの縞画像フレームの中にＮ本の光切断線が存在しており、縞画像フレームの横方向の長さは、Ｍ画素であるものとする。また、１本の光切断線を含む１つの光切断画像は、縦２Δｒ画素×横Ｍ画素から構成されている。
【０１０２】
ここで、説明の便宜上、縞画像フレームの管周方向（図８Ａにおける横方向）にＸ軸をとり、縞画像フレームの管軸方向（図８Ａにおける縦方向）にＹ軸をとって、縞画像フレーム中の画素の位置をＸＹ座標で表すものとする。以下の説明では、縞画像フレーム中に存在するｊ（１≦ｊ≦Ｎ）番目の光切断線の左側からｍ画素目（１≦ｍ≦Ｍ）の位置（すなわち、Ｘｊ，ｍで表される位置）に着目する。
【０１０３】
光切断線処理部２２１は、まず、着目すべき光切断線（以下、単に「ライン」とも称する。）の着目すべきＸ座標位置（本説明では、Ｘｊ，ｍで表される位置）を選択すると、図８Ｂに示したように、着目したラインの着目したＸ座標位置における画素に対応付けられている画素値（すなわち、環状ビームの輝度値）の分布を参照する。この際、光切断線処理部２２１は、光切断画像中の当該Ｘ座標位置における全ての画素について、以下で説明する処理を実施するのではなく、光切断画像中におけるＹ座標の基準位置Ｙｓの前後Ｗの範囲に属する画素（すなわち、Ｙｓ−Ｗ〜Ｙｓ＋Ｗの範囲に属する画素）について、以下で説明する処理を実施する。
【０１０４】
ここで、Ｙ座標の基準位置Ｙｓは、縞画像フレームのｊライン目の光切断画像に対して予め指定される管軸方向の位置であり、例えば光切断画像の管軸方向の中心を指定すれば、先述のようにプラス方向とマイナス方向とで同じ余裕値Δｒを用いる場合には、環状ビームセンター算出部が算出した半径ｒ（すなわち光切断線の位置）に等しくなる。また、処理範囲を規定するパラメータＷは、管状体１に存在しうる凹凸の高さの範囲を過去の操業データ等に基づいて、光切断画像中におけるＹ座標の基準位置Ｙｓの前後Ｗの範囲が光切断画像に収まるように、予め大まかに算出しておき、適宜決定すればよい。パラメータＷの値を小さくすることができれば、後述する光切断線処理部２２１の処理負荷の低減を図ることができる。
【０１０５】
光切断線処理部２２１は、まず、Ｙｓ−Ｗ〜Ｙｓ＋Ｗの範囲に含まれる画素の中から、光切断線に対応する画素を特定するための第１の閾値の一例である所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素を特定する。図８Ｂに示した例では、Ｙｊ，ｋ、Ｙｊ，ｋ＋１、Ｙｊ，ｋ＋２で表される３つの画素が、それぞれ閾値Ｔｈ以上の画素値Ｉｊ，ｋ、Ｉｊ，ｋ＋１、Ｉｊ，ｋ＋２を有している。従って、光切断線処理部２２１は、所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素を線幅方向に加算した数ｐｊ，ｍ＝３と設定する。この所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素を線幅方向に加算した数ｐｊ，ｍは、いわば位置（ｊ，ｍ）における輝線の画素数に対応する値であり、光切断線特徴量の一つである。また、光切断線処理部２２１は、以下の処理において、抽出された画素に関する情報（Ｙｊ，ｋ、Ｉｊ，ｋ）、（Ｙｊ，ｋ＋１、Ｉｊ，ｋ＋１）、（Ｙｊ，ｋ＋２、Ｉｊ，ｋ＋２）（以下、単に（Ｙ，Ｉ）と略記することもある。）の情報を利用して、更なる光切断線特徴量を算出していく。
【０１０６】
また、光切断線処理部２２１は、パラメータｐｊ，ｍ及び抽出した画素に関する情報（Ｙ，Ｉ）を利用して、抽出された画素の輝度の総和Ｋｊ，ｍを算出する。図８Ｂに示した例の場合、光切断線処理部２２１が算出する輝度の総和は、Ｋｊ，ｍ＝Ｉｊ，ｋ＋Ｉｊ，ｋ＋１＋Ｉｊ，ｋ＋２となる。この輝度の総和Ｋｊ，ｍも、光切断線特徴量の一つである。
【０１０７】
更に、光切断線処理部２２１は、抽出された画素に関する情報（Ｙ，Ｉ）とＹ座標の基準位置Ｙｓとを利用して、抽出された画素のＹ方向の重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）を算出するとともに、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）の基準位置Ｙｓからの変位量Δｄｊ，ｍ＝Ｙｓ−ＹＣ（ｊ，ｍ）を算出する。
【０１０８】
ここで、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、抽出された画素の集合をＡと表すこととすると、以下の式１０１で表される値となる。従って、図８Ｂに示した例の場合、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、以下の式１０１ａで表される値となる。
【０１０９】
【数１】
0006696278.tif 000002
【０１１０】
ここで、画素に対応する管軸方向の位置は、いわば管状体撮像装置１００の移動幅（例えば、０．５ｍｍ）で量子化された値である。他方、上記式１０１で示したような演算により算出される重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、割り算という数値演算を利用することで算出される値であるため、管状体撮像装置１００の移動幅（いわば量子化単位）よりも小さな値となりうる。従って、かかる重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）を利用して算出される変位量Δｄｊ，ｍについても、移動幅よりも小さな値を有しうる値となる。このようにして算出される変位量Δｄｊ，ｍも、光切断線特徴量の一つである。
【０１１１】
光切断線処理部２２１は、以上のような３種類の特徴量を、各切断線に含まれるＭ個の要素に関して算出する。その結果、図９Ａ〜図９Ｃに示したように、光切断線の変位量Δｄ、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関して、Ｍ列×Ｎ行の二次元配列が生成される。図７に示したような本実施形態に係る縞画像フレームの具体例の場合、Ｍ＝１８８５、Ｎ＝２５６であるため、各光切断線特徴量を構成するデータの個数は、１８８５×２５６個となる。
【０１１２】
光切断線処理部２２１は、算出した光切断線特徴量のうち、光切断線の変位量Δｄに関する特徴量を、後述する深さ画像算出部２２３に出力する。また、光切断線処理部２２１は、算出した光切断線特徴量のうち、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関する特徴量を、後述する輝度画像算出部２２５に出力する。
【０１１３】
深さ画像算出部２２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。深さ画像算出部２２３は、光切断線処理部２２１が生成した光切断線特徴量（特に、変位量Δｄに関する特徴量）に基づいて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像を算出する。
【０１１４】
具体的には、深さ画像算出部２２３は、図９Ａに示したような変位量Δｄに関する特徴量（二次元配列）と、環状ビームの垂直成分入射角（図２Ａにおける角度φ）と、を利用して、深さ画像を算出する。かかる深さ画像は、管軸方向のそれぞれの位置での凹凸状態の一次元分布が管軸方向に沿って順に配列された、二次元の凹凸状態の分布を表す画像である。
【０１１５】
まず、図１０を参照しながら、管状体の内表面に存在する凹凸の高さと、光切断線の変位量Δｄとの関係について説明する。図１０は、光切断線の変位と欠陥の高さとの関係を示した説明図である。
【０１１６】
図１０では、管状体１の内表面に凹みが存在した場合を模式的に示している。ここで、内表面に凹みが存在しない場合の表面位置の高さと凹みの底部の高さとの差分をΔｈと表すこととする。垂直入射した環状ビームが表面反射をする場合に着目すると、内表面に凹みが存在しない場合には、図１０の光線Ａのように反射光は伝播することとなるが、内表面に凹みが存在する場合には、図１０の光線Ｂのように反射光が伝播することとなる。光線Ａと光線Ｂとのズレが、本実施形態において光切断線の変位量Δｄとして観測されることとなる。ここで、幾何学的な位置関係から明らかなように、光切断線の変位量Δｄと凹みの深さΔｈとは、Δｄ＝Δｈ・ｓｉｎφの関係が成立する。
【０１１７】
なお、図１０では、管状体の内表面に凹みが存在する場合について説明したが、管状体の内表面に凸部が存在する場合であっても、同様の関係が成立する。
【０１１８】
深さ画像算出部２２３は、以上説明したような関係を利用して、光切断線処理部２２１が算出した光切断線の変位量Δｄに関する特徴量に基づき、管状体の内表面の凹凸に関する量Δｈを算出する。
【０１１９】
ここで、深さ画像の算出に用いられる光切断線の変位量Δｄは、先に説明したように光切断線の重心位置に基づいて算出されたものであり、移動幅よりも小さな値を有しうる値となっている。従って、深さ画像算出部２２３により算出される深さ画像は、撮像素子の画素サイズよりも細かい分解能で凹凸が再現されている画像となる。
【０１２０】
本実施形態で示した縞画像フレームの具体例は、撮影ピッチ０．５ｍｍで撮像された光切断線の変位を積み上げたものであるため、それぞれの変位量ΔｄをΔｈに変換すると、幅０．５ｍｍ×高さ０．５ｍｍの深さ画像が算出されることとなる。また、かかる具体例では、角度φ＝４５°であるため、Δｄ＝（１／２０．５）・Δｈの関係が成立している。
【０１２１】
なお、被検査体である管状体の内表面の形状の変化や、カメラ走査方向軸が管状体の中心からずれることにより、図１１に示したように、光切断線に湾曲等の歪みが生じる場合がある。他方、本実施形態に係る欠陥検出方法では、光切断線に重畳している凹凸が、管状体の内表面の断面形状と内表面に存在する表面欠陥に関する情報となっている。そのため、深さ画像算出部２２３は、光切断線の変位量Δｄに基づいて深さ画像を算出する際に、光切断線毎に歪み補正処理を行って、光切断線に重畳している凹凸に関する情報のみを抽出してもよい。このような歪み補正処理を実施することにより、カメラ走査方向軸が管状体の中心軸に正確に一致していない場合や、内表面の形状が円でない場合であっても、内表面に存在する凹凸疵の情報のみを得ることが可能となる。
【０１２２】
かかる歪み補正処理の具体例として、（ｉ）多次元関数や各種の非線形関数を利用したフィッティング処理を行い、得られたフィッティング曲線と観測された光切断線との差分演算を行う処理や、（ｉｉ）凹凸に関する情報が高周波成分であることを利用して、浮動フィルタやメディアンフィルタ等のローパスフィルタを適用する処理等を挙げることができる。このような歪み補正処理を実施することにより、内表面に存在する凹凸疵の情報を保持したまま、光切断線の平坦化を図ることが可能となる。
【０１２３】
深さ画像算出部２２３は、以上説明したようにして算出した深さ画像に関する情報を、後述する回転補正部２２７に出力する。
【０１２４】
輝度画像算出部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。輝度画像算出部２２５は、光切断線処理部２２１が生成した光切断線特徴量（特に、輝度の総和Ｋ及び輝線の画素数ｐに関する特徴量）に基づいて、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像を算出する。
【０１２５】
具体的には、輝度画像算出部２２５は、図９Ｂに示したような輝度の総和Ｋに関する特徴量（二次元配列）、及び、図９Ｃに示したような輝線の画素数ｐに関する特徴量（二次元配列）を利用して、総和輝度の線幅方向の平均値である平均輝度ＫＡＶＥ（ｊ，ｍ）＝Ｋｊ，ｍ／ｐｊ，ｍ（１≦ｊ≦Ｎ、１≦ｍ≦Ｍ）を算出する。その後、輝度画像算出部２２５は、算出した平均輝度ＫＡＶＥ（ｊ,ｍ）からなるデータ配列を、着目している管状体の輝度画像とする。かかる輝度画像は、管軸方向のそれぞれの位置での環状のレーザ光の輝度の一次元分布が管軸方向に沿って順に配列された、二次元の輝度分布を表す画像である。
【０１２６】
輝度画像算出部２２５は、以上説明したようにして算出した輝度画像に関する情報を、後述する回転補正部２２７に出力する。
【０１２７】
次に、本実施形態に係る回転補正部２２７について説明するに先立ち、回転補正部２２７により実施される回転補正処理の意義について、図１２及び図１３を参照しながら、具体的に説明する。図１２及び図１３は、管状体撮像装置の回転による影響を説明するための説明図である。
【０１２８】
カメラと円環状レーザを管状体１の内部に送入し、いわゆる光切断方式による管状体内面の凹凸検査を実施する際、管状体１の内部に送入したカメラの姿勢が変化（管状体に対してカメラが管周方向に回転）した場合、連続的に撮像される（すなわち、異なるタイミングで撮像される）画像は、管周方向の同一場所を撮像していることにはならず、疵の連続性及び模様の見逃し等が発生し得る。図２Ａに示したような管状体撮像装置１００を管状体１の内部に送入して管軸方向の連続画像を取得する場合においても、管状体撮像装置１００の姿勢が管周方向に変化（回転）した場合には、疵や模様の連続性が消失する可能性がある。また、管状体撮像装置１００を手動又は自動で送入する際において、上記のような回転が意図せずに生じてしまうことも考えられ、特に、手動で管状体撮像装置１００を送入する場合には、手動故に顕著な未検査領域の発生が生じてしまう可能性がある。従って、管状体１の内表面について、全周・全長に亘って品質保証・管理に必要な定量的な疵検査をする場合には、管状体撮像装置１００の姿勢を検知し、姿勢を制御することが重要となる。
【０１２９】
いま、図１２に模式的に示したように、管状体１の内表面の管周方向の一部に、矩形状の凸部が、直線状に管軸方向の先端から後端まで一様に分布しているものとする。まず、管状体撮像装置１００（特に、照明機構１１０及びカメラ１２０からなる撮像プローブ）が管状体１の管周方向に回転することなく、管状体１の内面を管軸方向に沿って走査可能な場合を考える。この場合、管状体撮像装置１００の管周方向の回転が存在しないため、矩形状の凸部は、各光切断線において同じ位置に存在することとなり、図１３の上段に示したような縞画像フレームが得られることとなる。図１３上段に示した図から明らかなように、このような場合には、矩形状の凸部の管周方向位置の管軸方向に対する連続性は保持されており、このような凸部が所定の検出判定長さ以上に連続して存在している場合には、欠陥として検出されることとなる。
【０１３０】
一方、管状体撮像装置１００（特に、照明機構１１０及びカメラ１２０からなる撮像プローブ）が管状体１の管周方向に（意図的か否かによらず）回転してしまう場合、矩形状の凸部は、回転によって各光切断線の様々な管周方向位置に存在することとなり、図１３の下段に示したような縞画像フレームが得られることとなる。図１３下段に示した図から明らかなように、このような場合には、矩形状の凸部に位置ズレが生じることで矩形状の凸部の管周方向位置の管軸方向に対する連続性は保持されておらず、矩形状の凸部を欠陥として検出できない場合が生じうる。
【０１３１】
そこで、本実施形態に係る回転補正部２２７は、以下で詳述するような回転補正処理を実施して、深さ画像及び輝度画像における管周方向位置の管軸方向に対する連続性を担保する。
【０１３２】
かかる回転補正部２２７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。回転補正部２２７は、深さ画像算出部２２３により算出された深さ画像、及び、輝度画像算出部２２５により算出された輝度画像のそれぞれについて、回転量測定装置１３０により測定された回転の向き及び大きさを用いて、管周方向の回転に伴う位置ズレを補正する。
【０１３３】
より詳細には、回転補正部２２７は、深さ画像及び輝度画像のそれぞれについて、それぞれの管軸方向の位置での凹凸状態の一次元分布及び輝度の一次元分布を、該当する管軸方向の位置で測定された回転の向きとは逆方向に、測定された回転の大きさだけ平行移動させることで、位置ズレを補正する。
【０１３４】
以下、図１４Ａ〜図１６を参照しながら、かかる回転補正処理について、詳細に説明する。図１４Ａ及び図１４Ｂは、本実施形態に係る回転量特定処理の一例を示した説明図であり、図１５及び図１６は、本実施形態に係る回転補正処理を説明するための説明図である。
【０１３５】
回転補正部２２７は、まず、回転量測定装置１３０からの測定結果を利用して、管状体撮像装置１００に生じた回転の向き及び大きさを特定する。この際、回転補正部２２７は、検査開始時における管状体撮像装置１００の角度を基準（すなわち、回転角度＝０°）とし、かかる基準からの相対的な回転の向き及び大きさを特定する。
【０１３６】
回転量測定装置１３０として、加速度計やジャイロセンサのような回転角度を測定する装置が設けられている場合における回転量の特定処理を、図１４Ａを参照しながら説明する。いま、図１４Ａに示したように、Ａ軸正方向を鉛直方向下向きとし、Ｂ軸正方向を水平方向右向きとし、検査開始時からある時間が経過した後に、管状体撮像装置１００が反時計方向にθ度回転した（−θ度回転した）ものとする。Ａ軸正方向が鉛直方向下向きに向いている場合、回転量測定装置１３０は、重力加速度をＧ［ｍ／ｓ２］と表わすとすると、−Ｇの値を出力するものとする。同様に、Ｂ軸正方向が鉛直方向下向きに向いている場合、回転量測定装置１３０は、−Ｇの値を出力するものとする。
【０１３７】
いま、Ａ軸の出力値をｇＡと表わし、Ｂ軸の出力値をｇＢと表わすものとし、管状体の内径をφ［ｍｍ］とし、撮像画素分解能をα［ｍｍ／画素］とすると、回転補正部２２７は、ｃｏｓθ＝ｇＡ／Ｇより、θ＝Ａｒｃｃｏｓ（ｇＡ／Ｇ）により回転角度θを算出することができる。また、回転補正部２２７は、ｇＢの出力値が０以下である場合には、回転の向きは時計回りであり、ｇＢの出力値が０超である場合には、回転の向きは反時計回りであると判断することができる。
【０１３８】
ここで、回転による管状体内面（被検査面）での移動量をＬｒ［ｍｍ］と表わすこととすると、Ｌｒ＝２πφ／｛２×（θ／３６０）｝となる。そこで、回転補正部２２７は、回転による移動量Ｌｒを、画素分解能αで除することで、画素単位の補正量を算出することができる。すなわち、画素単位の補正量＝Ｌｒ／αとなる。
【０１３９】
次に、回転量測定装置１３０として、ロータリーエンコーダのような回転による移動量を測定する装置が設けられている場合における回転量の特定処理を、図１４Ｂを参照しながら説明する。この場合、回転補正部２２７は、検査開始時における管状体撮像装置１００の移動量を０ｍｍとして、規格化していく。いま、ロータリーエンコーダを設置した位置（例えば、照明機構１１０及びカメラ１２０と同一の回転が生じている支持バーそのものや支持バー保持部）が、管外径Φ［ｍｍ］に対応する位置であるとし、ロータリーエンコーダのような回転量測定装置１３０から出力される回転量Ｌ０［ｍｍ］とすると、回転角度θは、θ＝Ｌ０／（πΦ）により算出される。従って、回転による内径相当移動量Ｌｒは、内径をφ[ｍｍ]としたとき、Ｌｒ＝２πφ／｛２×（θ／３６０）｝となる。そこで、回転補正部２２７は、回転による内径相当移動量Ｌｒを、画素分解能αで除することで、画素単位の補正量を算出することができる。すなわち、画素単位の補正量＝Ｌｒ／αとなる。
【０１４０】
回転補正部２２７は、このような画素単位の補正量の大きさ及び補正の向きを、深さ画像及び輝度画像における管軸方向の各位置について、算出していく。
【０１４１】
管状体撮像装置１００を用いて管状体１の内表面を管軸方向に走査している際には、駆動制御装置１５０により管周方向の回転を制御していた場合であっても、管周方向の僅かな回転が生じている可能性があり、管周方向の回転を制御せずに走査を行っている際には、管周方向の回転は、必ず生じているものと考えられる。その結果、例えば図１２に示したような矩形の凸部に対応する画素（図１５において、ハッチングで示している画素）の位置は、図１５に模式的に示したように、管軸方向のそれぞれで相違している可能性がある。そこで、回転補正部２２７は、図１６に模式的に示したように、算出した画素単位の補正量と、特定した回転の向きと、を用いて、管軸方向の各位置での画素の管周方向の配列を、画素単位で管周方向に平行移動していくことで、位置ズレを補正していく。例えば、ある管軸方向位置において、反時計回りの方向に１画素分だけ回転が生じているものとすると、回転補正部２２７は、深さ画像及び輝度画像において、該当する管軸方向位置に対応する行を構成している画素群について、時計回りに対応する管周方向に１画素分だけ平行移動させる。これにより、この管軸方向位置における管周方向の回転によって生じた位置ズレが補正される。
【０１４２】
このような回転補正部２２７による回転補正処理は、駆動制御装置１５０によって管周方向の回転が制御されている場合においても実施することが好ましい。駆動制御装置１５０によって管周方向の回転が制御されている場合、生じている位置ズレは小さな値となっていると考えられるが、完全に位置ズレを無くすことは必ずしもできず、このような回転補正処理を更に実施することで、位置ズレに伴う誤差が更に補正され、より正確な検査を実施することが可能となる。
【０１４３】
回転補正部２２７は、以上説明したような回転補正処理を、深さ画像及び輝度画像のそれぞれに対して実施すると、補正された深さ画像及び輝度画像を、検出処理部２２９へと出力する。また、回転補正部２２７は、補正された深さ画像及び輝度画像に関する情報を、当該情報を補正した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、回転補正部２２７は、補正された深さ画像及び輝度画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０１４４】
更に、回転補正部２２７は、以上のようにして算出した回転の向き及び大きさに関する情報を、撮像制御部２０１に対して出力して、撮像制御部２０１による駆動制御装置１５０の管状体撮像装置１００に対する回転制御に供するようにしてもよい。撮像制御部２０１は、回転補正部２２７から出力された回転の向き及び大きさに関する情報を利用して、管状体撮像装置１００を支持するとともに駆動させている駆動制御装置１５０での支持バーの径に相当する回転方向及び回転の大きさを演算する。回転の制御を司る支持バーの径をφ”とすると、測定された回転角度θに対して、制御を司る支持バー部での回転の大きさは、かかる回転の大きさをＬｓとしたときに、Ｌｓ＝２πφ”／｛２×（θ／３６０）｝となる。この算出された支持バーでの回転大きさＬｓに相当する量に対して、逆向きの方向に駆動制御装置１５０をフィードバック制御することで、管状体撮像装置１００の回転の大きさが所定の閾値以下となるように制御しながら、管状体撮像装置１００を移動させることが可能となる。
【０１４５】
また、撮像制御部２０１は、回転補正部２２７から出力された回転の大きさが、所定の基準閾値以上となった場合に、管状体撮像装置１００が回転し過ぎている旨を警告する警告情報（例えば、警告音、警告表示、振動等のような、視覚、聴覚、触覚等に訴えかける警告情報）を出力するようにしてもよい。これにより、管状体内表面検査装置１０の管理者や、管状体撮像装置１００を手動で使用している使用者は、管状体撮像装置１００が回転し過ぎている旨をその場で把握することが可能となる。
【０１４６】
再び図４に戻って、検出処理部２２９について説明する。
検出処理部２２９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。検出処理部２２９は、回転補正部２２７により補正された深さ画像及び輝度画像に基づいて、管状体の内表面に存在する欠陥を検出する。
【０１４７】
かかる検出処理部２２９は、深さ画像及び輝度画像に基づいて欠陥部位を特定する欠陥部位特定機能と、特定した欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量を抽出する特徴量抽出機能と、抽出した特徴量に基づいて欠陥の種別や有害度等を判別する欠陥判別機能と、を有している。以下、これらの機能について、簡単に説明する。
【０１４８】
○欠陥部位特定機能
検出処理部２２９は、取得した深さ画像及び輝度画像の各画素に対して、周辺画素との画素値（深さを表す値、又は、輝度値）の線形和を得るフィルタ処理によって縦線状疵、横線状疵、微小疵等の領域を強調し、得られた値が、欠陥部位特定のための第２の閾値以上となるか否かの判定を行う。このようなフィルタ処理及び当該フィルタ処理結果に基づく判定処理を実施することで、検出処理部２２９は、欠陥部位を特定するための２値化画像を生成することができる。かかる２値化画像において、算出した値が第２の閾値未満であった画素が正常箇所（すなわち、２値化画像の画素値＝０）に該当し、算出した値が第２の閾値以上であった画素が欠陥箇所（すなわち、２値化画像の画素値＝１）に該当する。更に、検出処理部２２９は、連続して発生している欠陥箇所を結合していくことで、一つ一つの欠陥部位を特定する。
【０１４９】
○特徴量抽出機能
検出処理部２２９は、欠陥部位特定機能により深さ画像及び輝度画像の欠陥部位を特定すると、特定した欠陥部位ごとに、欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量を抽出する。欠陥部位の形態に関する特徴量として、例えば、欠陥部位の幅、欠陥部位の長さ、欠陥部位の周囲長、欠陥部位の面積、欠陥部位の外接長方形の面積等を挙げることができる。また、欠陥部位の画素値に関する特徴量として、深さ画像に関しては、欠陥部位の深さの最大値、最小値、平均値等を挙げることができ、輝度画像に関しては、欠陥部位の輝度の最大値、最小値、平均値等を挙げることができる。
【０１５０】
○欠陥判別機能
検出処理部２２９は、特徴量抽出機能により各欠陥部位の特徴量を抽出すると、欠陥部位ごとに、抽出した特徴量に基づいて欠陥の種別や有害度等を判別する。特徴量に基づく欠陥の種別や有害度等の判別処理は、例えば図１７に示したようなロジックテーブルを利用して行われる。すなわち、検出処理部２２９は、図１７に例示したようなロジックテーブルによって表される判別条件に基づき、欠陥の種別や有害度を判別する。
【０１５１】
図１７に例示したように、ロジックテーブルの縦方向の項目として、欠陥の種別（欠陥Ａ１〜欠陥Ａｎ）が記載されており、ロジックテーブルの横方向の項目として、特徴量の種類（特徴量Ｂ１〜特徴量Ｂｍ）が記載されている。また、欠陥の種別及び特徴量により規定されるテーブルの各セルには、対応する特徴量の大小による判別条件式（条件式Ｃ１１〜条件式Ｃｎｍ）が記述されている。このようなロジックテーブルの各行が一組となって、一つ一つの欠陥の種別の判別条件となる。判別処理は、最上位の行に記載された種別から順に行われ、何れか一つの行に記載された判別条件を全て満たした時点で終了する。
【０１５２】
このようなロジックテーブルは、過去の操業データ及び当該操業データに基づく検定員による欠陥の種別及び有害度の特定結果を教師データとした学習処理により構築されたデータベースを利用して、公知の方法により生成することが可能である。
【０１５３】
検出処理部２２９は、このようにして検出した欠陥部位ごとに欠陥の種別及び有害度を特定し、得られた検出結果を表示制御部２０５に出力する。これにより、検出対象物である管状体の内表面に存在する欠陥に関する情報が、表示部（図示せず。）に出力されることとなる。また、検出処理部２２９は、得られた検出結果を、製造管理用プロコン等の外部の装置に出力してもよく、得られた検出結果を利用して、製品の欠陥帳票を作成してもよい。また、検出処理部２２９は、欠陥部位の検出結果に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。
【０１５４】
なお、以上の説明では、ロジックテーブルを利用して欠陥の種別や有害度を判別する場合について説明したが、欠陥の種別や有害度を判別する方法は上記例に限定されるわけではない。例えば、過去の操業データ及び当該操業データに基づく検定員による欠陥の種別及び有害度の特定結果を教師データとした学習処理により、ニューラルネットやサポートベクターマシン（ＳＶＭ）等の判別器を生成し、かかる判別器を欠陥の種別や有害度の判別に利用してもよい。
【０１５５】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００が有する画像処理部２０３の構成について、詳細に説明した。
【０１５６】
なお、上述の説明では、深さ画像算出部２２３が深さ画像を算出する際に、差分演算処理やローパスフィルタ処理等の近似補正処理を実施する場合について説明した。しかしながら、かかる近似補正処理は、光切断線処理部２２１が光切断線特徴量を算出するに先立って、当該光切断線処理部２２１が実施してもよい。
【０１５７】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１５８】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１５９】
以上、本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の構成について、詳細に説明した。本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０を利用することで、管状体の内表面を管周方向全周、管軸方向全長にわたって検査することが可能となり、微小な凹凸形状の欠陥や模様状の欠陥を、管状体撮像装置１００に回転が生じているか否かに依らず、高精度で同時に検出することができる。また、本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０により、欠陥の発生位置を正確に特定することが可能となるため、鋼管等の管状体の生産性や歩留まりの向上や、品質保証に大きく寄与することができる。
【０１６０】
＜管状体内表面検査方法について＞
続いて、図１８を参照しながら、本実施形態に係る管状体内表面検査方法の流れを簡単に説明する。図１８は、本実施形態に係る管状体内表面検査方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１６１】
まず、管状体内表面検査装置１０の管状体撮像装置１００は、環状ビームを用いて処理対象物である管状体の内表面を撮像して、撮像画像を演算処理装置２００に出力する。また、かかる撮像処理とあわせて、回転量測定装置１３０は、管状体撮像装置１００に生じている回転を随時測定して、演算処理装置２００に出力する。演算処理装置２００が備える画像処理部２０３のＡ／Ｄ変換部２１１は、取得した撮像画像に対してＡ／Ｄ変換処理を行い、環状ビーム画像を生成する（ステップＳ１０１）。
【０１６２】
次に、環状ビームセンター算出部２１３は、Ａ／Ｄ変換部２１１が生成した環状ビーム画像を利用して環状ビーム画像の重心位置及び半径を算出し（ステップＳ１０３）、得られた算出結果を、座標変換部２１５に出力する。
【０１６３】
続いて、座標変換部２１５は、算出された重心位置や半径等を利用して環状ビーム画像を座標変換し、光切断画像を生成する（ステップＳ１０５）。生成された光切断画像は、管状体の管軸方向に沿って、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに順次格納されていく。
【０１６４】
その後、縞画像フレーム生成部２１７は、生成された光切断画像を管状体の管軸方向に沿って順に配列して、縞画像フレームを生成する（ステップＳ１０７）。縞画像フレーム生成部２１７は、生成した縞画像フレームを、光切断線処理部２２１に出力する。
【０１６５】
光切断線処理部２２１は、生成された縞画像フレームを利用し、各光切断線について、所定の閾値Ｔｈ以上の輝度を有する画素の画素数、当該画素の輝度の総和及び光切断線の変位量を算出する（ステップＳ１０９）。これら算出結果が、光切断線特徴量として利用される。算出された光切断線特徴量は、深さ画像算出部２２３及び輝度画像算出部２２５にそれぞれ出力される。
【０１６６】
深さ画像算出部２２３は、算出された光切断線特徴量（特に、光切断線の変位量に関する特徴量）を利用して、深さ画像を算出する（ステップＳ１１１）。また、輝度画像算出部２２５は、算出された光切断線特徴量（特に、閾値以上の輝度を有する画素の画素数に関する特徴量、及び、輝度の総和に関する特徴量）を利用して、輝度画像を算出する（ステップＳ１１１）。深さ画像算出部２２３及び輝度画像生成部２２５は、算出した各画像を、回転補正部２２７に出力する。
【０１６７】
回転補正部２２７は、回転量測定装置１３０から出力された回転の方向及び大きさに関する情報に基づき、先だって説明した方法により、深さ画像及び輝度画像を補正する（ステップＳ１１３）。これにより、管状体撮像装置１００の管周方向の回転によって生じている位置ズレを補正することが可能となる。回転補正部２２７は、補正された深さ画像及び輝度画像を、検出処理部２２９へと出力する。
【０１６８】
その後、検出処理部２２９は、補正された深さ画像及び輝度画像を利用して、管状体の内表面に存在する欠陥部位を検出し、検出した欠陥部位の欠陥の種別及び有害度を特定する（ステップＳ１１５）。以上のような流れにより、管状体の内表面に存在する欠陥が検出されることとなる。
【０１６９】
次に、図１９を参照しながら、回転量測定装置１３０から出力された回転の方向及び大きさに関する情報を用いた回転判定処理の流れの一例について、簡単に説明する。図１９は、回転の方向及び大きさに関する情報を用いた回転判定処理の流れの一例を示した流れ図である。
【０１７０】
演算処理装置２００の回転補正部２２７は、回転量測定装置１３０から出力された測定値を取得すると（ステップＳ１２１）、先だって説明したような方法により、検査開始点からの回転の向き及び大きさを特定する（ステップＳ１２３）。その後、回転補正部２２７は、特定した回転の向き及び大きさに関する情報を、撮像制御部２０１に随時出力する。
【０１７１】
撮像制御部２０１は、特定された回転の大きさが所定の範囲内であるかを判断する（ステップＳ１２５）。ここで、特定された回転の大きさが所定の範囲内である場合（例えば、回転補正部２２７による回転補正処理で対処可能な範囲内である場合）には、撮像制御部２０１は、管状体撮像装置１００の角度は適切であると判断し（ステップＳ１２７）、管状体撮像装置１００による内表面の撮像処理を継続させる（ステップＳ１２９）。
【０１７２】
一方、ステップＳ１２５において、特定された回転の大きさが所定の範囲外であると判断された場合には、撮像制御部２０１は、特定された回転の向き及び大きさを用いて、管状体撮像装置１００の角度を制御する（ステップＳ１３１）。具体的には、撮像制御部２０１は、特定された回転方向及び回転の大きさを用いた駆動制御装置１５０をフィードバック制御し、管状体撮像装置１００の角度を制御するとともに、回転量測定装置１３０から検出結果を出力させる。その後、撮像制御部２０１は、回転補正部２２７に、再度、回転の向き及び大きさを特定させて、撮像制御部２０１に出力させる。
【０１７３】
続いて、撮像制御部２０１は、再度特定された回転の大きさを用いて、再度特定された回転の大きさが所定の範囲内であるかを判断する（ステップＳ１３３）。特定された回転の大きさが所定の範囲内である場合（例えば、回転補正部２２７による回転補正処理で対処可能な範囲内である場合）には、撮像制御部２０１は、管状体撮像装置１００の角度は適切であると判断し（ステップＳ１２７）、管状体撮像装置１００による内表面の撮像処理を継続させる（ステップＳ１２９）。一方、ステップＳ１３３において、特定された回転の大きさが所定の範囲外であると判断された場合には、撮像制御部２０１は、警告情報を出力して、撮像処理を停止させる（ステップＳ１３５）。これにより、管状体１の内表面の検出精度を維持したまま、検査処理を実施することが可能となる。
【０１７４】
以上、本発明の第１の実施形態に係る管状体内表面検査装置及び管状体内表面検査方法について、詳細に説明した。
【０１７５】
（第２の実施形態）
本発明の実施形態において着目する管状体内表面検査装置が備える管状体撮像装置は、管状体の軸方向に沿って移動しながら管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射することで、環状ビーム画像を複数撮像する。このためには、管状体撮像装置において、前述のように、照明機構とカメラ等の撮像装置とを同軸上に配置することが求められる。ここで、管状体の内径が比較的小さい場合には、レーザ光出力はそれほど高くなくともよく、また、撮像装置に求められる分解能もそれほど高くなくともよいため、比較的小型なレーザ光源及び撮像装置をガラス製等の透明の連結部材を用いて互いに連結することで、第１の実施形態で説明した方法により撮像及び検査を行うことが可能である。
【０１７６】
しかしながら、管状体の内径が大きい場合には、レーザ光出力の高出力化や分解能の向上（すなわち、撮像画像の画素数の増加）を図るために、レーザ光源や撮像装置を大型化することが求められる。また、撮像視野を確保するために、撮像装置とレーザ光源との離隔距離も大きくなることから、照明機構及び撮像装置を連結する、より頑強な連結部材が必要となる。その結果、支柱等の連結部材が、例えば各種金属のような、レーザ光の波長にとって透明ではない素材となる他、場合によっては信号／電源ケーブル等が環状レーザ光照射を遮り、かつ、撮像視野も遮ることとなるため、環状ビーム画像に不感帯が生じてしまう。そのため、環状ビーム画像に不感帯が生じている場合であっても、管状体内面を全周囲にわたって検査して欠陥を検出することが可能な技術が求められることとなる。
【０１７７】
以下に示す本発明の第２の実施形態では、環状ビーム画像に不感帯が生じている場合であっても、管状体内面を全周囲にわたって検査して欠陥を検出することが可能な欠陥検出装置及び欠陥検出方法について、詳細に説明する。
【０１７８】
＜管状体内表面検査装置の全体構成について＞
本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の全体構成は、図１に示した第１の実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の全体構成と同様の構成を有しているため、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１７９】
本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０は、管状体１の内表面を、管状体撮像装置１００が管状体の内部に送入される際、及び、管状体の内部から送出される際の双方で管状体の内表面を撮像して、撮像の結果得られる画像を画像処理することにより、管状体１の内表面に表面欠陥（凹凸疵及び模様系の疵）が存在するか否かを検査する装置である。
【０１８０】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、上記のように、管状体内部に送入される際に管状体１の内表面を撮像するとともに、管状体内部から送出される際にも管状体１の内表面を撮像する。
【０１８１】
また、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を管状体内部に送入させるとともに、管状体撮像装置１００が検査対象となる内表面の撮像を終了すると、管状体撮像装置１００の送入動作を停止する。その後、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００の中心軸を回転軸として管状体の管周方向に管状体撮像装置１００を回転させる。その後、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を管状体内部から送出させる。以上のような一連の制御において、駆動制御装置１５０は、第１の実施形態と同様に、移動中の管状体撮像装置１００に生じる管周方向の回転が所定の閾値角度以下となるように、管周方向の回転を抑制する制御を実施する。
【０１８２】
また、演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００によって生成された撮像画像を利用して縞画像フレームを生成し、この縞画像フレームに対して画像処理を行うことで、管状体１の内表面に存在している可能性のある欠陥を検出する装置である。
【０１８３】
この際、本実施形態に係る演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００において照明機構と撮像装置とを連結する連結部材に起因する不感帯をなくすように、送出時に撮像した撮像画像から生成された画像を利用して、送入時に撮像した撮像画像から生成された画像を補完する。これにより、送入時又は送出時に撮像した撮像画像に不感帯が存在する場合であっても、管状体の内表面を、全周囲にわたって検査することが可能となる。
【０１８４】
＜管状体撮像装置１００の構成について＞
また、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成についても、連結部材１４３が、レーザ光にとって透明ではない素材となる以外は、第１の実施形態に係る管状体撮像装置１００と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１８５】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００では、連結部材１４３等により撮像画像に不感帯が存在する可能性が高くなる。そこで、連結部材１４３の太さ（例えば、円柱状の連結部材１４３である場合には管径）は、環状ビームの照射領域（以下、「ビーム照射領域」とも称する。）が、環状ビームや撮像視野が連結部材１４３によって遮蔽される領域（以下、「遮蔽領域」とも称する。）よりも広くなるように設定する。また、連結部材１４３を複数本設置する場合には、遮蔽領域がなるべく狭くなるように本数を決定することが好ましい。
【０１８６】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、駆動制御装置１５０によって管状体１の中心軸に略一致するように管軸方向に移動しながら、管状体１の内表面を送入時と送出時の双方で走査する。
【０１８７】
ここで、駆動制御装置１５０は、送入時の管状体内表面の撮像が終了すると、連結部材１４３の本数に応じて管状体撮像装置１００を管周方向に回転させる。この回転角の大きさは、管状体内表面に仮想的に設定した基準線を基準として考えた場合に、連結部材１４３の配置により生じる遮蔽領域が送入時と送出時とで異なる位置となるように（換言すれば、送入時における遮蔽領域と、送出時における遮蔽領域とが重ならないように）設定される。具体的には、連結部材１４３の本数が１本である場合には、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を管周方向に沿って例えば１８０°回転させる。また、駆動制御装置１５０は、連結部材１４３が等間隔に２本設置されている場合には、管状体撮像装置１００を管周方向に例えば９０°回転させ、等間隔に３本設置されている場合には、管周方向に例えば６０°回転させる。また、図２Ｃに示したように、連結部材１４３が等間隔に４本設置されている場合には、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を管周方向に例えば４５°回転させる。
【０１８８】
＜演算処理装置２００の構成について＞
本実施形態に係る演算処理装置２００は、図１に示した第１の実施形態に係る演算処理装置２００と同様に、撮像制御部２０１と、画像処理部２０３と、表示制御部２０５と、記憶部２０７と、を主に備える。
【０１８９】
ここで、本実施形態に係る表示制御部２０５及び記憶部２０７については、第１の実施形態に係る演算処理装置２００が備える表示制御部２０５及び記憶部２０７と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０１９０】
また、本実施形態に係る撮像制御部２０１は、駆動制御装置１５０に対して、管状体撮像装置１００の移動や回転を実施させるための制御信号を更に送出する以外は、第１の実施形態に係る撮像制御部２０１と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものである。従って、以下では詳細な説明は省略する。
【０１９１】
画像処理部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０３は、管状体撮像装置１００（より詳細には、管状体撮像装置１００のカメラ１２０）から取得した撮像データを利用して、縞画像フレームを生成する。その後、生成した縞画像フレームに対して、以下で説明するような画像処理を行い、測定対象物である管状体の内表面に存在する可能性のある欠陥を検出する。画像処理部２０３は、管状体１の内表面の欠陥検出処理を終了すると、得られた検出結果に関する情報を、表示制御部２０５に伝送する。
【０１９２】
また、本実施形態に係る管状体撮像装置１００が撮像した画像には、前述のように、連結部材１４３に起因する遮蔽領域が存在している。そこで、本実施形態に係る画像処理部２０３は、送入時に撮像した縞画像フレームから生成した画像を、送出時に撮像した縞画像フレームから生成した画像を利用して補完し、遮蔽領域の存在しない画像を生成した上で、内表面に存在する欠陥を検出する。
【０１９３】
画像処理部２０３で実施される画像処理については、以下で改めて詳細に説明する。
【０１９４】
＜画像処理部２０３について＞
続いて、図２０を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える画像処理部２０３について、詳細に説明する。図２０は、本実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部の構成を示したブロック図である。
【０１９５】
本実施形態に係る画像処理部２０３は、図２０に示したように、Ａ／Ｄ変換部２５１と、環状ビームセンター算出部２５３と、座標変換部２５５と、縞画像フレーム生成部２５７と、画像算出部２５９と、検出処理部２７３と、を主に備える。
【０１９６】
Ａ／Ｄ変換部２５１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。Ａ／Ｄ変換部２５１は、カメラ１２０から出力された、送入時及び送出時の撮像画像をＡ／Ｄ変換し、デジタル多値画像データ（すなわち、環状ビーム画像）として出力する。かかるデジタル多値画像データは、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに記憶される。これらのデジタル多値画像データを管状体の管軸方向に沿って順次利用することにより、後述するような縞画像フレームが形成される。
【０１９７】
環状ビーム画像は、前述のように、管状体１の内表面の管軸方向に沿ったある位置において、管状体の内表面に照射された環状ビームを撮像したものである。環状ビーム画像は、予めカメラのゲインやレンズの絞りを適切に設定することにより、環状ビームが照射された部分が白く表示され、その他の部分は黒く表示されている濃淡画像になっている。また、環状ビームの円周上に重畳している凹凸が、管状体の内表面に存在する欠陥に関する情報を含んでいる。
【０１９８】
ここで、本実施形態に係る環状ビーム画像は、図２１に模式的に示したように、環状ビームが内表面に照射されているビーム照射領域と、連結部材１４３により環状ビームが遮蔽された不感帯である遮蔽領域と、が存在したものとなる。また、送入状態から送出状態へと切り替わる際に、管状体撮像装置１００が管状体の管周方向に所定の角度回転する（図２１では時計方向に４５度回転している）ため、管状体内表面のある仮想的な基準点Ｋに着目すると、遮蔽領域の位置は送入時と送出時とで異なることとなる。
【０１９９】
Ａ／Ｄ変換部２５１は、カメラ１２０から出力された２種類の撮像画像に基づいて図２１に模式的に示したような送入時及び送出時の環状ビーム画像をそれぞれ生成すると、生成した各環状ビーム画像に対応するデータを、後述する環状ビームセンター算出部２５３に出力する。
【０２００】
環状ビームセンター算出部２５３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。環状ビームセンター算出部２５３は、Ａ／Ｄ変換部２５１から出力された送入時及び送出時におけるそれぞれの環状ビーム画像について、環の重心位置と環の半径をそれぞれ算出する。
【０２０１】
ここで、環の重心位置及び半径を算出する方法は、特に限定されるわけではなく、公知のあらゆる方法を利用することが可能である。環の重心位置及び半径を算出する方法の具体例としては、例えば、第１の実施形態で示したような２つの方法を挙げることができ、遮蔽領域の有無によらず利用することが可能である。
【０２０２】
環状ビームセンター算出部２５３は、送入時及び送出時における各環状ビーム画像について環の重心位置及び半径を算出すると、環の重心位置及び半径に関する情報をそれぞれ生成して、後述する座標変換部２５５に出力する。
【０２０３】
座標変換部２５５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。座標変換部２５５は、算出された重心位置、及び、当該重心位置と環状ビームの照射部分との離隔距離に基づいて、環状ビーム画像の座標系を変換する。その後、座標変換部２５５は、環状ビームの照射部分を管状体の管周方向に展開した線分として表した光切断画像を生成する。
【０２０４】
ここで、本実施形態に係る座標変換部２５５は、座標系の変換を行う際に、管状体内表面に仮想的に設定された基準点Ｋを基準として、変換処理を実施する。この基準点Ｋは、回転量測定装置１３０によって測定された、送入開始時における管状体撮像装置１００の角度に対応する位置とすることが簡便である。この基準点Ｋは、管軸方向の各位置で撮像された環状ビーム画像の間で互いに同一の位置となるように選択される。
【０２０５】
なお、送入開始時の環状ビーム画像上での基準点Ｋの座標が特定された場合、送出時の環状ビーム画像における基準点Ｋの位置は、送入時における基準点Ｋの座標を所定の角度回転させることで特定することができる。すなわち、送出開始時において回転量測定装置１３０から得られる回転角度の値と、送入開始時の回転角度と、の角度差が、時計方向を正方向としたときに＋Ｘ度である場合には、送入時における基準点Ｋの位置を−Ｘ度回転させることで、送出時における基準点Ｋの位置を特定することができる。
【０２０６】
図２２は、送入時及び送出時に管状体撮像装置１００によって撮像される環状ビーム画像を模式的に図示したものである。図２１に示した例の場合、管状体撮像装置１００は、時計方向に４５度回転された後に送出時の環状ビーム画像が生成される。ここで、管状体撮像装置１００の照明機構１１０及びカメラ１２０は一体に形成されているため、管状体撮像装置１００の回転にあわせてカメラ１２０も回転することとなる。従って、図２２に示した環状ビーム画像では、基準点Ｋは反時計方向に４５度回転する。
【０２０７】
座標変換部２５５は、基準点Ｋ（すなわち、送入開始時における回転角度＝０度に対応する位置）を基準とした座標変換処理や、第１の実施形態で説明したような画像補間処理を終了すると、得られた光切断画像に対応する画像データを、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに、管状体の管軸方向に沿って順次格納していく。
【０２０８】
縞画像フレーム生成部２５７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。縞画像フレーム生成部２５７は、記憶部２０７等に設けられた画像メモリから、管状体の管軸方向に沿って格納された光切断画像を順に取得する。その後、縞画像フレーム生成部２５７は、取得した各光切断画像を管状体の管軸方向に沿って順に配列して、送入時の縞画像フレーム及び送出時の縞画像フレームをそれぞれ生成する。
【０２０９】
１つの縞画像フレームを構成する光切断画像の個数は、適宜設定すればよいが、例えば、２５６個の光切断画像で１つの縞画像フレームを構成するようにしてもよい。各光切断画像は、上述のように環状ビーム画像の撮像間隔毎（例えば、０．５ｍｍ間隔）に存在している。そのため、０．５ｍｍ間隔で撮像された環状ビーム画像に基づく、２５６個の光切断画像からなる１つの縞画像フレームは、管状体の内表面の全周を、管軸方向に沿って１２８ｍｍ（＝２５６×０．５ｍｍ）の範囲で撮像した結果に相当する。
【０２１０】
図２３は、このようにして生成された送入時の縞画像フレームを模式的に示した説明図であり、図２４は、このようにして生成された送出時の縞画像フレームを模式的に示した説明図である。
【０２１１】
縞画像フレーム生成部２５７により生成される送入時及び送出時の縞画像フレームには、図２３及び図２４に示したように、管状体撮像装置１００に設けられた連結部材１４３の本数に応じて、遮蔽領域が存在することとなる。また、各縞画像フレームの管周方向の原点は、座標変換部２５５により共通した基準点Ｋ（すなわち、送入開始時における回転角度＝０度に対応する位置）を起点として座標変換が実施されているため、互いに等しい基準点となる。
【０２１２】
縞画像フレーム生成部２５７は、送入時の縞画像フレーム及び送出時の縞画像フレームをそれぞれ生成すると、生成したこれらの縞画像フレームを、後述する画像算出部２５９に出力する。また、縞画像フレーム生成部２５７は、生成した各縞画像フレームに対応するデータに、当該縞画像フレームを生成した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として記憶部２０７等に格納してもよい。
【０２１３】
画像算出部２５９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像算出部２５９は、縞画像フレーム生成部２５７が生成した、送入時及び送出時における２種類の縞画像フレームに基づいて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する。この画像算出部２５９は、図２０に示したように、光切断線処理部２６１と、深さ画像算出部２６３と、輝度画像算出部２６５と、回転補正部２６７と、深さ画像補完部２６９と、輝度画像補完部２７１と、を備える。
【０２１４】
光切断線処理部２６１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。光切断線処理部２６１は、縞画像フレームに含まれる各光切断線について、光切断線の変位量（輝線の曲がり具合）、輝線の画素数及び輝度の総和に関する３種類の光切断線特徴量を算出する。
【０２１５】
これら３種類の光切断線特徴量の算出方法については、第１の実施形態に係る光切断線処理部２２１が実施する算出方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０２１６】
本実施形態に係る光切断線処理部２６１は、上記３種類の光切断線特徴量に加えて、遮蔽領域の位置を特定する処理を実施する。以下、遮蔽領域の位置を特定する処理について、詳細に説明する。
【０２１７】
連結部材１４３による遮蔽領域ではカメラ１２０によって環状レーザ光が撮像されないため、図２５に模式的に示したように、所定の閾値Ｔｈよりも輝度の大きい輝線は存在しない。従って、上記光切断線特徴量の算出過程において、遮蔽領域では輝線の画素数についての光切断線特徴量ｐｊ，ｍがゼロとなる。
【０２１８】
そこで、本実施形態に係る光切断線処理部２６１は、それぞれの管周方向（Ｘ方向）位置における輝線の画素数に着目して、遮蔽領域の範囲を示す管周方向座標（Ｘ座標）を特定する。以下では、縞画像フレーム画像において、左から１番目に存在する遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅを算出する場合を例にとって、説明を行うものとする。
【０２１９】
光切断線処理部２６１は、送入時の環状ビーム画像を構成するＮ本の光切断線それぞれについて、遮蔽領域が開始するＸ座標の位置Ｘｓ１ｊｓ、及び、遮蔽領域が終了するＸ座標の位置Ｘｓ１ｊｅ（ｊ＝１〜Ｎ）を特定する。その上で、管状体撮像装置１００に生じた振動の影響等で、遮蔽領域の開始位置及び終了位置にズレが生じる場合を考慮して、特定されたＮ個の遮蔽領域開始位置Ｘｓ１ｊｓのうちの最小値をＸｓ１ｓとするとともに、遮蔽領域終了位置Ｘｓ１ｊｅの最大値をＸｓ１ｅとする。
【０２２０】
また、ｊライン目における左から１番目の遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓ及び終了位置Ｘｓ１ｊｅは、以下のようにして特定することができる。以下、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓ及び終了位置Ｘｓ１ｊｅの特定方法を、図２６を参照しながら具体的に説明する。
【０２２１】
光切断線処理部２６１は、ｊライン目の光切断線の各Ｘ座標において、輝線の画素数ｐｊ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）に着目する。その上で、光切断線処理部２６１は、各Ｘ位置における輝線の画素数ｐｊ，ｍについて、ｐｊ，ｍ＝０となるＸ位置が出現するかを判断していく。ｐｊ，ｍ＝０となったＸ位置が存在した場合、光切断線処理部２６１は、その座標Ｘｍを記憶するとともに、それ以降のＸ座標についてｐｊ，ｍ＝０である状態の連続数をカウントしていく。ここで、図２６に模式的に示したように、ｐｊ，ｍ＝０である状態の連続数が、所定の閾値ＴＨｓ（例えば、ＴＨｓ＝１０等）以上となった場合、光切断線処理部２６１は、記憶しておいたＸ座標Ｘｍを、ｊライン目における左から１番目の遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓとして特定する。
【０２２２】
また、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓが特定された状態の中で、Ｘ方向に輝線の画素数を探索していくうちに、ｐｊ，ｍ≠０となるＸ座標Ｘｎが出現したとする。この場合、光切断線処理部２６１は、その座標Ｘｎを記憶するとともに、それ以降のＸ座標についてｐｊ，ｍ≠０である状態の連続数をカウントしていく。ここで、図２６に模式的に示したように、ｐｊ，ｍ≠０である状態の連続数が、所定の閾値ＴＨｓ（例えば、ＴＨｓ＝１０等）以上となった場合、光切断線処理部２６１は、記憶しておいたＸ座標Ｘｎの一つ手前のＸ位置を、ｊライン目における左から１番目の遮蔽領域の終了位置Ｘｓ１ｊｅとして特定する。ここで、上記閾値ＴＨｓは、連続数判定用の第３の閾値、及び、連続数判定用の第４の閾値の一例であり、第３の閾値と第４の閾値とが同一の値である場合に相当する。なお、上記説明では、遮蔽領域の開始位置を特定するために用いられる閾値ＴＨｓと、遮蔽領域の終了位置を特定するために用いられる閾値ＴＨｓとが同一の値である場合について示したが、これら２つの閾値は互いに異なる値であってもよい。
【０２２３】
また、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅを決定する別の方法として以下のようにしてもよい。
ｊライン目の光切断線の各Ｘ座標において、座標位置を移動させながら、輝線の画素数ｐｊ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の所定の左右ｋ個分（例えば、ｋ＝３等）の平均値ｑｊ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）を順次求める（移動平均処理）。次に、求めた平均値ｑｊ，ｍが予め設定した閾値Ａ（例えばＡ＝０．５等）未満となるＸ座標位置を遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓとする。また、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓが特定されており、かつ、求めた平均値ｑｊ，ｍが予め設定した閾値Ａ以上となるＸ座標位置を遮蔽領域の終了位置Ｘｓ１ｅとする。なお、上記閾値Ａは、移動平均判定用の第５の閾値の一例である。
【０２２４】
以上のような処理をｊ＝１〜Ｎの各光切断線に対して実施することで、光切断線処理部２６１は、左から１番目の遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅを決定することができる。また、左から２番目以降の遮蔽領域についても、同様の処理を行うことで、遮蔽領域の開始位置や終了位置を決定することができる。
【０２２５】
なお、光切断線処理部２６１は、遮蔽領域における光切断線の変位量についての光切断線特徴量Δｄｊ，ｍ、及び、遮蔽領域における輝度の総和についての光切断線特徴量Ｋｊ，ｍは、それぞれゼロとして取り扱う。
【０２２６】
従って、例えば左から１番目の遮蔽領域について、輝線の画素数ｐｊ，ｍの二次元配列、輝線の輝度の総和Ｋｊ，ｍの二次元配列、及び、輝線の変位量Δｄｊ，ｍの二次元配列は、それぞれ以下のようになる。
【０２２７】
ｐｊ，ｍ＝０（ｊ＝１〜Ｎ，ｍ＝Ｘｓ１ｓ，・・・，Ｘｓ１ｅ）
Ｋｊ，ｍ＝０（ｊ＝１〜Ｎ，ｍ＝Ｘｓ１ｓ，・・・，Ｘｓ１ｅ）
Δｄｊ，ｍ＝０（ｊ＝１〜Ｎ，ｍ＝Ｘｓ１ｓ，・・・，Ｘｓ１ｅ）
【０２２８】
光切断線処理部２６１は、例えば図２２に示したような、４本の連結部材１４３が映りこんだ送入時の環状ビーム画像に対応する縞画像フレームに対して、以上のような処理を実施することで、図２３に示したように、４カ所の遮蔽領域それぞれの開始位置及び終了位置を特定することができる。
【０２２９】
また、光切断線処理部２６１は、図２４に例示した送出時の縞画像フレームについても、第１の実施形態と同様にして光切断線特徴量を算出する。しかしながら、送出時の縞画像フレームについては、遮蔽領域の開始位置及び終了位置を特定しなくともよい。ここで、送出時の縞画像フレームについて輝線の画素数ｐｊ，ｍ＝０であるＸ位置が出現すると、光切断線処理部２６１は、対応するＸ位置の輝度の総和Ｋｊ，ｍ、及び、輝線の変位量Δｄｊ，ｍをゼロとして取り扱う。
【０２３０】
光切断線処理部２６１は、算出した光切断線特徴量のうち、光切断線の変位量Δｄに関する特徴量を、後述する深さ画像算出部２６３に出力する。また、光切断線処理部２６１は、算出した光切断線特徴量のうち、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関する特徴量を、後述する輝度画像算出部２６５に出力する。
【０２３１】
更に、光切断線処理部２６１は、送入時の縞画像フレームに存在する各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した情報（例えば図２３におけるＸｓ１ｓ〜Ｘｓ４ｅを示した情報）を、後述する回転補正部２６７に出力する。
【０２３２】
深さ画像算出部２６３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。深さ画像算出部２６３は、光切断線処理部２６１が生成した光切断線特徴量（特に、変位量Δｄに関する特徴量）に基づいて、送入時及び送出時のそれぞれについて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像を算出する。以下では、送入時における深さ画像を、送入時深さ画像とも称することとし、送出時における深さ画像を、送出時深さ画像とも称することとする。
【０２３３】
ここで、深さ画像算出部２６３が送入時深さ画像及び送出時深さ画像を算出する方法は、第１の実施形態に係る深さ画像算出部２２３が実施する深さ画像の算出方法と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２３４】
深さ画像算出部２６３は、送入時深さ画像及び送出時深さ画像を算出すると、算出したこれらの画像に関する情報を、後述する回転補正部２６７に出力する。
【０２３５】
輝度画像算出部２６５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。輝度画像算出部２６５は、光切断線処理部２６１が生成した光切断線特徴量（特に、輝度の総和Ｋ及び輝線の画素数ｐに関する特徴量）に基づいて、送入時及び送出時のそれぞれについて、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像を算出する。以下では、送入時における輝度画像を、送入時輝度画像とも称することとし、送出時における輝度画像を、送出時輝度画像とも称することとする。
【０２３６】
ここで、輝度画像算出部２６５が送入時輝度画像及び送出時輝度画像を算出する方法は、第１の実施形態に係る輝度画像算出部２２５が実施する輝度画像の算出方法と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２３７】
輝度画像算出部２６５は、送入時輝度画像及び送出時輝度画像を算出すると、算出したこれらの画像に関する情報を、後述する回転補正部２６７に出力する。
【０２３８】
ここで、本実施形態に係る管状体撮像装置１００において、撮像処理を実施している際に、管状体１の管周方向に沿った回転が発生していない場合であれば、以下で図２７を参照しながら説明するような補完処理を実施することで、連結部材１４３等によって生じた遮蔽領域に該当する部分を補完することが可能である。以下では、まず、深さ画像を例にとって、図２７を参照しながら補完処理の概略を簡単に説明する。
【０２３９】
深さ画像算出部２６３が算出した送入時深さ画像及び送出時深さ画像において、連結部材１４３による遮蔽領域に該当する部分は、画素値の変化が存在しない部分となっており、この部分からは管状体の内表面の凹凸状態に関する正確な知見を得ることができない。そこで、これら２種類の深さ画像を利用して、遮蔽領域の深さ情報を補完する処理が実施される。
【０２４０】
以下では、図２３、図２４及び図２７を参照しながら、深さ画像において左から１番目に存在する遮蔽領域に対応する部分の補完処理について、具体的に説明する。
【０２４１】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００では、送入時の環状ビーム画像を撮像する状態から送出時の環状ビーム画像を撮像する状態へと切り替わる際に、管状体撮像装置１００の全体が所定の角度だけ回転する。また、管状体撮像装置１００では、先だって説明したように、ビーム照射領域が遮蔽領域よりも広くなるように、連結部材１４３の太さや配置位置が決定されている。
【０２４２】
以上のような設定のために、本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０では、図２３及び図２４の縞画像フレームに示したように、送入時と送出時とでフレーム内で遮蔽領域の位置が変化することとなる。また、図２３及び図２４から明らかなように、ビーム照射領域が遮蔽領域よりも広いため、一方の縞画像フレーム（例えば送入時の縞画像フレーム）における遮蔽領域は、他方の縞画像フレーム（例えば、送出時の縞画像フレーム）における非遮蔽領域に包含されることとなる。
【０２４３】
そこで、例えば図２７に示したように、送出時深さ画像を利用して、送入時深さ画像の遮蔽領域を補完することで、遮蔽領域に対応する部分が存在しない深さ画像を生成することが可能となる。
【０２４４】
図２７では、左から１番目に存在する遮蔽領域を補完する処理について、模式的に図示している。
送入時の画像における遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅは、光切断線処理部２６１により特定されている。そこで、送出時深さ画像を参照して、送入時深さ画像の遮蔽領域に対応する部分（Ｘｓ１ｓ〜Ｘｓ１ｅ）の深さ情報を取得し、送入時深さ画像の遮蔽領域に対応する部分に、取得した深さ情報を代入する。
【０２４５】
ここで、管状体撮像装置１００の動作からも明らかなように、送入時の縞画像フレームにおけるＮ本目の光切断線と、送出時の縞画像フレームにおける１本目の光切断線とが、同一の管軸方向位置に対応している。そこで、送入時深さ画像の１ライン目に対応する深さ情報を補完する場合には、送出時深さ画像のＮライン目に対応する深さ画像を利用して、補完処理が実施される。同様に、送入時深さ画像のｊライン目に対応する深さ情報を補完する場合には、送出時深さ画像の（Ｎ＋１−ｊ）ライン目に対応する深さ画像を利用して補完処理が実施される。
【０２４６】
このような補完処理を、１ライン目〜Ｎライン目に対応する部分に対して実施することで、送入時深さ画像において左から１番目に存在する遮蔽領域の深さ情報を補完することができる。また、同様の補完処理を、左から２番目以降に存在する遮蔽領域に対応する部分にも適用することによって、送入時深さ画像に存在する全ての遮蔽領域に対応する部分の深さ情報を補完することができる。
【０２４７】
更に、送入時輝度画像及び送出時輝度画像についても、同様の補完処理を実施することで、送入時輝度画像に存在する全ての遮蔽領域に対応する部分の深さ情報を補完することができる。
【０２４８】
しかしながら、本発明で着目しているような、管状体撮像装置１００が管軸方向に沿って移動している際に管状体の管周方向に回転が生じてしまう場合には、かかる補完処理に際しても、回転の補正を行うことが重要となる。
【０２４９】
そこで、本実施形態に係る回転補正部２６７について説明するに先立ち、回転補正部２６７により実施される回転補正処理の意義について、図２８〜図３３を参照しながら、具体的に説明する。
【０２５０】
図２Ａに示したような管状体撮像装置１００を管状体１の内部に送入して管軸方向の連続画像を取得する場合において、管状体撮像装置１００の姿勢が管周方向に変化（回転）した場合には、疵や模様の連続性が消失する可能性があるとともに、連結部材１４３による遮蔽領域の逐次変化によって、遮蔽領域による疵の連続性消失が生じたり、疵そのものの撮像が不可能となる場合が生じたりする。
【０２５１】
また、遮蔽領域があるがために、上記のような送入時と送出時とで管状体撮像装置１００を回転させることで遮蔽領域の位置を変更したとしても、送出時は、送入時とは異なる回転挙動となる可能性が高いため、送出時の遮蔽領域は、送入時における未遮蔽領域と一致させることが不可能となる可能性が高い。送入時と送出時とで管状体撮像装置１００の向きを回転により変更することで得られた画像から遮蔽領域のみを排除することは、必要検査部分も排除することとなり、好ましくない。
【０２５２】
管状体撮像装置１００を手動又は自動で送入／送出する場合において、上記のような走査中の回転が意図せずに生じてしまうことも考えられ、特に、手動で管状体撮像装置１００を送入／送出する場合には、手動故に顕著な未検査領域の発生が生じてしまう可能性がある。そこで、管状体１の内表面について、全周・全長に亘って品質保証・管理に必要な定量的な疵検査をする場合には、管状体撮像装置１００の姿勢を検知し、姿勢を制御することが重要となる。
【０２５３】
いま、図２８に模式的に示したように、管状体１の内表面の管周方向の一部に、矩形状の凸部及び三角状の凸部が、互いに４５度の間隔で離隔した状態で、直線状に管軸方向の先端から後端まで一様に分布しているものとする。
【０２５４】
まず、管状体撮像装置１００（特に、照明機構１１０及びカメラ１２０からなる撮像プローブ）が管状体１の管周方向に回転することなく、管状体１の内面を管軸方向に沿って走査可能な場合を考える。
【０２５５】
この場合、図２９の上段に示したように、送入時には、矩形状の凸部が連結部材１４３ｂによって隠れてしまい、三角状の凸部のみが撮像されることとなる。また、送入時の撮像が終了すると、管状体撮像装置１００は、管状体の管周方向に４５度回転することとなるため、送出時には、三角状の凸部が連結部材１４３ｂによって隠れてしまう一方で、矩形状の凸部のみが撮像されるようになる。その結果、図３０に模式的に示したような縞画像フレームが生成されることとなる。
【０２５６】
この場合、管状体撮像装置１００の管周方向の回転が存在しないため、送入時に撮像される三角状の凸部は、図３０上段に示したように、各光切断線において同じ位置に存在することとなり、図３０の上段に示したような縞画像フレームが得られることとなる。同様に、管状体撮像装置１００の管周方向の回転が存在しないため、送出時に撮像される矩形状の凸部についても、図３０下段に示したように、各光切断線において同じ位置に存在することとなり、図３０の下段に示したような縞画像フレームが得られることとなる。
【０２５７】
図３０に示した図から明らかなように、このような場合には、三角状の凸部及び矩形状の凸部の管周方向位置の管軸方向に対する連続性は保持されており、このような凸部が所定の検出判定長さ以上に連続して存在している場合には、欠陥として検出されることとなる。
【０２５８】
次に、図３１〜図３３を参照しながら、送入時及び送出時の双方において、管状体撮像装置１００の姿勢が逐次変化する場合を考える。なお、以下では、管状体撮像装置１００が、管状体１の内部への送入／送出時において、姿勢が３種類の状態へと変化する場合を取り上げる。
【０２５９】
管状体撮像装置１００は、管状体１の内部を移動する際に、自然回転が生じてしまい、管周方向に回転しているものとする。このため、管状体撮像装置１００が管状体１の内部を移動するとともに、撮像画像内における２種類の凸部の位置が変化することとなる。
【０２６０】
図３１は、送入時における撮像画像の変化を模式的に示したものである。図３１上段の図に示したような送入開始時には、三角状の凸部は、撮像画像の鉛直方向下方に存在しており、かつ、矩形状の凸部は、連結部材１４３によって遮蔽されている。この後、管状体撮像装置１００が管状体１の内部を移動するのにあわせて、時計方向に４５度の回転が生じたとする。その結果、図３１中段の図に示したように、三角状の凸部は、連結部材１４３によって遮蔽されるとともに、送入開始時には連結部材１４３によって遮蔽されていた矩形状の凸部が、非遮蔽領域に現れるようになる。その後、管状体撮像装置１００が時計方向に更に４５度回転したとすると、図３１下段の図に示したように、遮蔽されていた三角状の凸部は、再び非遮蔽領域に現れると共に、矩形状の凸部が、再び連結部材１４３によって遮蔽されるようになる。
【０２６１】
送入時の走査が終了すると、管状体撮像装置１００は、４５度時計回りに回転されて、送出時の走査が開始されることとなる。図３２は、送出時における撮像画像の変化を模式的に示したものである。図３２上段の図に示したような送出開始時には、矩形状の凸部は、撮像画像の鉛直方向上方に存在しており、かつ、三角状の凸部は、連結部材１４３によって遮蔽されている。この後、管状体撮像装置１００が管状体１の内部を移動するのにあわせて、時計方向に４５度の回転が生じたとする。その結果、図３２中段の図に示したように、矩形状の凸部は、連結部材１４３によって遮蔽されるとともに、送出開始時には連結部材１４３によって遮蔽されていた三角状の凸部が、非遮蔽領域に現れるようになる。その後、管状体撮像装置１００が時計方向に更に４５度回転したとすると、図３２下段の図に示したように、遮蔽されていた矩形状の凸部は、再び非遮蔽領域に現れると共に、三角状の凸部が、再び連結部材１４３によって遮蔽されるようになる。
【０２６２】
図３１及び図３２に模式的に示したような状態で生成される縞画像フレームの一例を、図３３に示した。なお、図３３では、送入時及び送出時共に、図２８において三角状の凸部が存在している管周方向の位置を回転角度０度として、基準化している。図３３から明らかなように、撮像される画像中に遮蔽領域が存在し、かつ、管状体撮像装置１００において意図しない自然回転が生じたとすると、管状体１の内表面に存在する凸部の管周方向位置の管軸方向に対する連続性が消失するだけでなく、一部の凸部が遮蔽領域に埋没したり、埋没していた凸部が再び現れたりする結果となる。
【０２６３】
このような状態の縞画像フレームから深さ画像及び輝度画像を生成し、先だって説明したような補完処理を実施したとしても、送入時から送出時へと切り替える際の管状体撮像装置１００の回転、及び、送入時及び送出時での意図しない不連続回転により、本来の管周方向位置の管軸方向に対する連続性が失われるだけでなく、遮蔽領域への進入における長さ情報の欠落又は凸部の未撮影も生じることになる。また、管周方向位置の管軸方向に対する連続性が消失しているため、画像中に存在する凸部の長さが検出判定長さ未満となる場合も考えられ、本来は存在している凸部が見逃される場合も生じうる。
【０２６４】
そこで、本実施形態に係る回転補正部２６７は、第１の実施形態で説明したような回転補正処理を実施して、送入時及び送出時での深さ画像及び輝度画像における管周方向位置の管軸方向に対する連続性を担保する。
【０２６５】
かかる回転補正部２６７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。回転補正部２６７は、深さ画像算出部２６３により算出された送入時及び送出時の深さ画像、並びに、輝度画像算出部２６５により算出された送入時及び送出時の輝度画像のそれぞれについて、回転量測定装置１３０により測定された回転の向き及び大きさを用いて、管周方向の回転に伴う位置ズレを補正する。
【０２６６】
また、第１の実施形態で説明したような回転補正処理を実施することで、遮蔽領域の位置も補正前とは変化することとなる。従って、回転補正部２６７は、各深さ画像及び各輝度画像のみならず、光切断線処理部２６１により特定された、各画像における各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した情報についても、同様に補正する。
【０２６７】
なお、本実施形態で着目しているような、撮像画像中に遮蔽領域が存在する状況では、遮蔽領域の位置が、走査中の回転により視野内で変化してしまう。そのため、先だって説明したような補完処理を実施するためには、回転に伴って遮蔽領域が互いに干渉しないようにすることが重要である。
【０２６８】
図３４は、管状体の位置を固定して考えた場合における、送入開始時の連結部材１４３（図３４において、黒色で示した位置の連結部材１４３）と、送出開始時の連結部材１４３（図３４において、白色で示した位置の連結部材１４３）と、の位置関係を模式的に示したものである。図３４において、送入開始時における連結部材１４３の位置と、送出開始時における連結部材１４３の位置と、の角度差をωとすると、回転に伴って遮蔽領域が互いに干渉しないようにするためには、走査時に生じてしまう回転の大きさをβとすると、β≦ω／２を満足することが重要となる。
【０２６９】
走査時に生じてしまう回転の大きさβがω／２を超えると、送入時及び送出時の双方において、撮像されない内表面の領域が存在することとなってしまい、先だって説明したような補完処理を実施したとしても、管状体の全ての内表面を検査することが出来ない。
【０２７０】
図３５に、送入時に生成される深さ画像及び輝度画像を模式的に示し、図３６に、送出時に生成される深さ画像及び輝度画像を模式的に示した。走査時に生じてしまう回転の大きさβが、β≦ω／２という関係を満足することで、一方の深さ画像／輝度画像（例えば送入時の深さ画像／輝度画像）における遮蔽領域は、他方の深さ画像／輝度画像（例えば、送出時の深さ画像／輝度画像）における非遮蔽領域に包含されることとなる。
【０２７１】
回転補正部２６７は、これらの画像に対して、第１の実施形態で説明したような回転補正処理を実施することで、図３７に示したような補正された送入時深さ画像及び送入時輝度画像と、図３８に示したような補正された送入時深さ画像及び送出時輝度画像を生成する。
【０２７２】
ここで、送入時及び送出時における深さ画像及び輝度画像の回転補正方法、並びに、各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した情報の回転補正方法については、第１の実施形態で説明した回転補正方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０２７３】
以上のような回転補正処理を終了すると、回転補正部２６７は、補正された送入時深さ画像と、補正された送出時深さ画像と、補正された各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した情報と、を、深さ画像補完部２６９に出力する。また、回転補正部２６７は、補正された送入時輝度画像と、補正された送出時輝度画像と、補正された各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した情報と、を、輝度画像補完部２７１に出力する。
【０２７４】
なお、回転補正部２６７は、第１の実施形態と同様の方法で算出した回転の向き及び大きさに関する情報を、撮像制御部２０１に対して出力して、撮像制御部２０１による駆動制御装置１５０の管状体撮像装置１００に対する回転制御に供するようにすることが重要である。撮像制御部２０１は、回転補正部２６７から出力された回転の向き及び大きさに関する情報を利用して、駆動制御装置１５０を第１の実施形態と同様にフィードバック制御することで、管状体撮像装置１００の回転の大きさθがθ≦ω／２の関係を満足するように制御しながら、管状体撮像装置１００を移動させることが可能となる。
【０２７５】
また、撮像制御部２０１は、回転補正部２６７から出力された回転の大きさが、ω／２を超えた場合に、管状体撮像装置１００が回転し過ぎている旨を警告する警告情報（例えば、警告音、警告表示、振動等のような、視覚、聴覚、触覚等に訴えかける警告情報）を出力するようにしてもよい。これにより、管状体内表面検査装置１０の管理者は、管状体撮像装置１００が回転し過ぎている旨をその場で把握することが可能となる。
【０２７６】
深さ画像補完部２６９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。深さ画像補完部２６９は、回転補正部２６７により補正された送入時深さ画像及び送出時深さ画像を利用して、深さ画像において遮蔽領域に対応する部分の補完処理を実施する。ここで、深さ画像補完部２６９により実施される補完処理は、回転補正部２６７により補正された送入時深さ画像及び送出時深さ画像を利用する以外は、図２７を参照しながら説明した補完処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０２７７】
なお、本実施形態で生成される深さ画像及び輝度画像は、送入開始時における管状体撮像装置１００の姿勢を回転角度０度として基準化されているため、補正された各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した情報を利用することで、送入時の画像における遮蔽領域と、送出時の画像における非遮蔽領域と、の位置関係を容易に対応づけることが可能である。そのため、図２７を参照しながら説明した補完処理を、同様に実施することができる。
【０２７８】
深さ画像補完部２６９は、以上説明したような補完処理により、遮蔽領域に対応する部分の深さ情報を補完すると、補完された深さ画像に関する情報を、後述する検出処理部２７３に出力する。また、深さ画像補完部２６９は、補完された深さ画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、深さ画像補完部２６９は、補完された深さ画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０２７９】
輝度画像補完部２７１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。輝度画像補完部２７１は、回転補正部２６７により補正された送入時輝度画像及び送出時輝度画像を利用して、輝度画像において遮蔽領域に対応する部分の補完処理を実施する。ここで、輝度画像補完部２７１により実施される補完処理は、回転補正部２６７により補正された送入時輝度画像及び送出時輝度画像を利用する以外は、深さ画像補完部２６５による補完処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０２８０】
輝度画像補完部２７１は、上記の補完処理により、遮蔽領域に対応する部分の輝度情報を補完すると、補完された輝度画像に関する情報を、後述する検出処理部２７３に出力する。また、輝度画像補完部２７１は、補完された輝度画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、輝度画像補完部２７１は、補完された輝度画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０２８１】
深さ画像補完部２６９及び輝度画像補完部２７１によって、上記のような補完処理が実施されることで、図３９に模式的に示したような、補完された深さ画像及び輝度画像が生成されることとなる。
【０２８２】
再び図２０に戻って、本実施形態に係る検出処理部２７３について説明する。
本実施形態に係る検出処理部２７３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。検出処理部２７３は、深さ画像補完部２６９により補完された深さ画像と、輝度画像補完部２７１により補完された輝度画像とに基づいて、管状体の内表面に存在する欠陥を検出する。
【０２８３】
ここで、本実施形態に係る検出処理部２７３が実施する欠陥検出処理は、第１の実施形態に係る検出処理部２２９が実施する欠陥検出処理と同様のものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２８４】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００が有する画像処理部２０３の構成について、詳細に説明した。
【０２８５】
なお、上記説明では、送入時深さ画像及び送入時輝度画像の遮蔽領域に対応する部分を、送出時深さ画像及び送出時輝度画像のビーム照射領域に対応する部分を利用して補完する場合について説明したが、逆の処理を行うことも可能である。
すなわち、光切断線処理部２６１は、送出時の縞画像フレームに着目して、送出時の縞画像フレームにおける遮蔽領域の開始位置及び終了位置を特定する。その上で、深さ画像補完部２６９及び輝度画像補完部２７１は、送入時深さ画像及び送入時輝度画像のビーム照射領域に対応する部分を利用して、送出時深さ画像及び送出時輝度画像の遮蔽領域に対応する部分を補完してもよい。
【０２８６】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０２８７】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０２８８】
以上、本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の構成について、詳細に説明した。本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０を利用することで、管状体の内表面を管周方向全周、管軸方向全長にわたって検査することが可能となり、微小な凹凸形状の欠陥や模様状の欠陥を、高精度で同時に検出することができる。また、本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０により、欠陥の発生位置を正確に特定することが可能となるため、鋼管等の管状体の生産性や歩留まりの向上や、品質保証に大きく寄与することができる。
【０２８９】
＜欠陥検出方法について＞
続いて、図４０を参照しながら、本実施形態に係る管状体内表面検査方法の流れを簡単に説明する。図４０は、本実施形態に係る管状体内表面検査方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０２９０】
まず、管状体内表面検査装置１０の管状体撮像装置１００は、プローブから照射される環状ビームを用いて、プローブの送入及びプローブの送出時に管状体の内表面を撮像して、プローブ送入時及びプローブ送出時の２種類の撮像画像を演算処理装置２００に出力する。また、かかる撮像処理とあわせて、回転量測定装置１３０は、管状体撮像装置１００に生じている回転を随時測定して、演算処理装置２００に出力する。演算処理装置２００が備える画像処理部２０３のＡ／Ｄ変換部２５１は、取得した２種類の撮像画像に対してＡ／Ｄ変換処理を行い、送入時環状ビーム画像及び送出時ビーム画像を生成する（ステップＳ２０１）。
【０２９１】
次に、環状ビームセンター算出部２５３は、Ａ／Ｄ変換部２５１が生成した送入時及び送出時の環状ビーム画像を利用して、各環状ビーム画像の重心位置及び半径を算出し（ステップＳ２０３）、得られた算出結果を、座標変換部２５５に出力する。
【０２９２】
続いて、座標変換部２５５は、算出された重心位置や半径等を利用して、送入時環状ビーム画像及び送出時環状ビーム画像を座標変換し、光切断画像を生成する（ステップＳ５０５）。この際、座標変換部２５５は、送入時における管状体撮像装置１００の姿勢を基準として座標変換処理を実施する。これにより、後段で生成される送入時及び送出時の縞画像フレームにおいて、各光切断線の管周方向の位置座標の原点を統一することが可能となる。生成された光切断画像は、管状体の管軸方向に沿って、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに順次格納されていく。
【０２９３】
その後、縞画像フレーム生成部２５７は、生成された光切断画像を管状体の管軸方向に沿って順に配列して、送入時及び送出時の縞画像フレームをそれぞれ生成する（ステップＳ２０７）。縞画像フレーム生成部２５７は、生成した縞画像フレームを、光切断線処理部２６１に出力する。
【０２９４】
光切断線処理部２６１は、生成された送入時及び送出時の縞画像フレームを利用し、各光切断線について、閾値以上の輝度を有する画素の画素数、当該画素の輝度の総和及び光切断線の変位量を算出する（ステップＳ２０９）。これら算出結果が、光切断線特徴量として利用される。算出された光切断線特徴量は、深さ画像算出部２６３及び輝度画像算出部２６５にそれぞれ出力される。
【０２９５】
また、光切断線処理部２６１は、上記光切断線特徴量の算出とあわせて、送入時の縞画像フレームについて、遮蔽領域の位置（すなわち、遮蔽領域の開始位置及び終了位置）を特定する（ステップＳ２１１）。その後、光切断線処理部２６１は、特定した遮蔽領域の位置に関する情報を、回転補正部２６７に出力する。
【０２９６】
深さ画像算出部２６３は、算出された光切断線特徴量（特に、光切断線の変位量に関する特徴量）を利用して、送入時深さ画像及び送出時深さ画像を算出する（ステップＳ２１３）。また、輝度画像算出部２６５は、算出された光切断線特徴量（特に、閾値以上の輝度を有する画素の画素数に関する特徴量、及び、輝度の総和に関する特徴量）を利用して、送入時輝度画像及び送出時輝度画像を算出する（ステップＳ２１３）。深さ画像算出部２６３は、算出した送入時深さ画像及び送出時深さ画像を、回転補正部２６７に出力する。また、輝度画像算出部２６５は、算出した送入時輝度画像及び送出時輝度画像を、回転補正部２６７に出力する。
【０２９７】
回転補正部２６７は、回転量測定装置１３０から出力された回転の向き及び大きさに関する情報に基づき、第１の実施形態で説明した方法により、送入時及び送出時における深さ画像及び輝度画像のそれぞれを補正する（ステップＳ２１５）。これにより、管状体撮像装置１００の管周方向の回転によって生じている位置ズレを補正することが可能となる。また、回転補正部２６７は、光切断線処理部２６１により特定された、各画像における各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した情報についても、同様に補正する。その後、回転補正部２２７は、送入時及び送出時における補正された深さ画像と、各画像における各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した補正された情報と、を、深さ画像補完部２６９へと出力するとともに、送入時及び送出時における補正された輝度画像と、各画像における各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した補正された情報と、を、輝度画像補完部２７１へと出力する。
【０２９８】
次に、深さ画像補完部２６９は、補正された遮蔽領域の位置に関する情報と、補正された送出時深さ画像と、を利用し、送入時深さ画像の補完処理を実施する（ステップＳ２１７）。また、輝度画像補完部２７１は、補正された遮蔽領域の位置に関する情報と、補正された送出時輝度画像と、を利用し、送入時輝度画像の補完処理を実施する（ステップＳ２１７）。その後、深さ画像補完部２６９は、補完された深さ画像を検出処理部２７３に出力するとともに、輝度画像補完部２７１は、補完された輝度画像を、検出処理部２７３に出力する。
【０２９９】
検出処理部２７３は、補完された深さ画像及び輝度画像を利用して、管状体の内表面に存在する欠陥部位を検出し、検出した欠陥部位の欠陥の種別及び有害度を特定する（ステップＳ２１９）。以上のような流れにより、管状体の内表面に存在する欠陥が検出されることとなる。
【０３００】
以上、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検出装置及び欠陥検出方法について、詳細に説明した。
【０３０１】
（第３の実施形態）
以上説明したような第１の実施形態及び第２の実施形態に係る管状体撮像装置１００は、照明機構１１０として、環状のレーザ光を照射するレーザ光照射装置のみを有するものであった。以下で説明する第３の実施形態に係る管状体撮像装置１００は、環状のレーザ光に加えて、円錐状の照明光（以下、「円錐状照明光」ともいう。）を照射する円錐状照明光源を更に有している。このような円錐状照明光源を更に有することで、微小な凹凸形状の疵に加えて、凹凸が無い表面粗度の異なる疵や微細な擦り疵を、地肌模様や汚れ等の過検要因と区別しながら、高精度で、かつ、同時に検出することができ、疵の発生位置を正確に把握することが可能となる。
【０３０２】
＜管状体内表面検査装置の全体構成について＞
本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の全体構成は、図１に示した第１の実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の全体構成、及び、第２の実施形態に係る管状体内表面検査装置の全体構成と同様の構成を有しているため、以下では詳細な説明は省略する。
【０３０３】
＜管状体撮像装置１００の構成について＞
また、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成についても、第１の実施形態に係る管状体撮像装置１００、又は、第２の実施形態に係る管状体撮像装置１００に対して、円錐状の照明光を照射する円錐状照明光源を更に有している以外は、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る管状体撮像装置１００とほぼ同様の構成を有し、ほぼ同様の効果を奏するものである。そのため、以下では、図４１Ａ〜図４３Ｂを参照しながら、第１又は第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０３０４】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、図４１Ａ及び図４１Ｂに示したように、第１又は第２の実施形態に係る管状体撮像装置１００における照明機構１１０として、更に、円錐状照明光源１１５を有している。
【０３０５】
円錐状照明光源１１５は、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光帯域に属する波長を有する円錐状照明光を、管状体内表面の全周にわたって広がり（内表面での広がり幅：ｄ）を持ちながら照射する光源である。円錐状照明光源１１５は、例えば図４２に示したように、円環状の基台１１７の円周に沿って、照明光の照射方向を制御するためのレンズが設けられた発光素子１１９が、等間隔に複数配設されている。円錐状照明光は、それぞれの発光素子１１９から、円環状の基台１１７の中心に対して放射状に（すなわち、円環の径方向に外側に向かって）射出される。
【０３０６】
円環状の基台１１７に設けられる発光素子１１９の個数や設置間隔は特に限定されるものではなく、着目する内表面の視野が所望の均一な明るさを有するように決定すればよい。また、図４２に示したような複数の発光素子１１９の代わりに、照明光の照射方向を制御するためのレンズが設けられた１つのリング状の発光素子を用いても良い。
【０３０７】
以上のようなレーザ光源１１１及び円錐状照明光源１１５は、互いに同心となるように、保持基板１４１に固定されている。
【０３０８】
また、本実施形態に係るカメラ１２０に装着されるレンズの焦点距離や画角等は、特に限定するものではないが、管状体１の内表面に照射された環状レーザ光の内表面での反射光、及び、円錐状照明光の内表面での反射光のそれぞれが同一の視野内に位置するように選択される。
【０３０９】
本実施形態に係るカメラ１２０は、同一視野内に結像している環状レーザ光の内表面での反射光、及び、円錐状照明光の内表面での反射光を、それぞれ撮像する。これにより、カメラ１２０は、環状レーザ光や円錐状照明光の内表面での反射光の強度を示すデータを特定することができる。管状体撮像装置１００が管状体１の内部を一定距離進む毎にカメラ１２０で撮像を行う結果、カメラ１２０は、環状レーザ光の内表面での反射光の管周方向の分布や、円錐状照明光の内表面での反射光の管周方向の分布を特定することができる。
【０３１０】
ここで、図４１Ａ及び図４１Ｂに示したように、円錐状照明光の照射領域は、広がりｄを有している。そのため、あるタイミングで、環状レーザ光及び円錐状照明光の反射光を同時に撮像したとすると、その後、環状レーザ光が距離ｄだけ管軸方向に進む間は、円錐状照明光の反射光を撮像しても撮像しなくてもよい。なぜなら、環状レーザ光が距離ｄだけ管軸方向に進む間の円錐状照明光の反射光は、環状レーザ光と同時に撮像した円錐状照明光の反射光を利用可能だからである。そこで、本実施形態に係る管状体撮像装置１００では、環状レーザ光の反射光を撮像する毎に、円錐状照明光の反射光を毎回撮像するようにしてもよいし、環状レーザ光の反射光をｄライン分撮像する間（環状レーザ光の照射部分が管軸方向にｄだけ進む間）に、円錐状照明光の反射光を１回撮像するようにしてもよい。後者のような構成とすることによって、リソースをより効果的に使用することが可能となるため、処理のより一層の高速化を図ることが可能となる。
【０３１１】
続いて、レーザ光源１１１、円錐状照明光源１１５及びカメラ１２０の位置関係について、説明する。本実施形態に係る管状体撮像装置１００では、図４１Ａに模式的に示したように、管状体１の内表面での環状レーザ光の照射位置と、管状体１の内表面での円錐状照明光の照射位置と、が管状体の管軸方向の互いに異なる位置となるように、レーザ光源１１１及び円錐状照明光源１１５が配設されていてもよい。また、図４１Ｂに模式的に示したように、管状体１の内表面での円錐状照明光の照射領域の内部に環状レーザ光の照射位置が含まれるように、レーザ光源１１１及び円錐状照明光源１１５が配設されていてもよい。
【０３１２】
図４１Ａ及び図４１Ｂに示した場合のいずれにおいても、円錐状照明光源１１５は、円錐状照明光が内表面に対して入射角φ２（φ２＜９０°）で入射するように配設されており、カメラ１２０は、円錐状照明光の正反射光が結像するように配設されている。すなわち、カメラ１２０は、内表面の法線方向とカメラ１２０の光軸とのなす角がφ２と略等しくなるように配設されている。この際、円錐状照明光が照射されている内表面の管軸方向の長さをｄと表わすこととする。
【０３１３】
ここで、管状体撮像装置１００は、図４１Ａに示したような構成を採る場合、円錐状照明光源１１５は、上記の条件に加えて、入射角φ２が環状レーザ光の反射角φ１よりも大きくなる（すなわち、φ２＞φ１が成立する）ように配設される。また、環状レーザ光の照射部分と、円錐状照明光の照射領域とは、これらの照射領域がカメラ１２０の同一視野内に位置する範囲で、なるべく離隔していることが好ましい。環状レーザ光の照射部分を、円錐状照明光の照射領域から離隔させることで、円錐状照明光が背景光になり生じる環状レーザ光のＳ／Ｎの低下を、抑制することが可能となる。
【０３１４】
また、管状体撮像装置１００は、図４１Ｂに示したような構成を採る場合、上記の条件に加えて、φ１≒φ２が成立するように、円錐状照明光源１１５及びカメラ１２０は配設される。
【０３１５】
また、レーザ光源１１１及び円錐状照明光源１１５から照射される各照明光の波長であるが、管状体撮像装置１００が図４１Ａに示したような構成を採る場合には、環状レーザ光の波長、及び、円錐状照明光の波長は特に限定されるものではなく、環状レーザ光の波長と円錐状照明光の波長とが等しくても良い。なぜなら、環状レーザ光の照射位置と、円錐状照明光の照射位置と、がカメラ１２０の視野内で異なるように設定されているために、両者の反射光の撮像結果を容易に区別することが可能だからである。この場合、カメラ１２０としては、カラー撮像が可能なカラーカメラを使用しても良いが、モノクロカメラを使用する方が簡便である。
【０３１６】
一方、管状体撮像装置１００が図４１Ｂに示したような構成を採る場合、環状レーザ光と、円錐状照明光と、は、カメラ１２０によって互いに区別されながら撮像され、それぞれの反射光強度を別々に特定可能なように、例えば、波長、照射タイミング、又は、偏光が互いに異なるものとすることが必要である。
【０３１７】
環状レーザ光と円錐状照明光との波長が異なる場合には、透過帯域の異なるカラーフィルタにより、環状レーザ光の強度と円錐状照明光の強度とを、別々に測定可能である。また、環状レーザ光と円錐状照明光との照射タイミングが異なる場合には、それぞれの照明光が管状体内表面を照射するタイミングが時分割されることとなり、一方の照明光が内表面に照射されている際には、もう一方の照明光は内表面に照射されないこととなる。そこで、環状レーザ光の照射されるタイミングに撮影した画像と円錐状照明光の照射されるタイミングに撮影した画像とを別々に扱うことで、環状レーザ光の強度と円錐状照明光の強度とを別々に測定できる。また、環状レーザ光及び円錐状照明光の偏光が互いに異なるようにするためには、各光源の光軸上に、偏光方向の互いに直交する偏光子を配設すればよい。カメラ１２０にも互いに直交する検光子を配置することで、環状レーザ光の強度と円錐状照明光の強度とを別々に測定できる。
【０３１８】
また、環状レーザ光及び円錐状照明光として、互いに波長の異なる可視光線を利用する場合には、環状レーザ光及び円錐状照明光の色相の組み合わせが、（赤・青）、（青・緑）、（赤・緑）のいずれかとなるように可視光光源を組み合わせることが好ましい。なお、可視光光源として連続スペクトルを有する光源を用いる場合には、発光波長の重なりが少なくなるような光源を選択することが好ましい。この場合、カメラ１２０として、公知のカラーカメラを利用することが簡便であり、好ましい。これにより、環状レーザ光の反射光及び円錐状照明光の反射光に含まれる赤成分、緑成分、青成分の大きさを、互いに独立して同時に測定することが可能となる。
【０３１９】
なお、赤は波長６００〜７００ｎｍの光を指し、緑は波長５００〜５６０ｎｍの光を指し、青は波長４３０ｎｍ〜５００ｎｍの光を指す。
【０３２０】
図４３Ａ及び図４３Ｂに、撮像される画像の一例を模式的に示した。本実施形態に係る管状体撮像装置１００で生成される画像は、図４３Ａ及び図４３Ｂに模式的に示したように、画像の中心部分には、照明機構の一部などが写り込む領域が存在しており、この領域の更に外側に、環状レーザ光の照射部分と、円錐状照明光の照射領域と、を含む管状体１の内表面が撮像された領域が存在する。以下では、本実施形態に係る管状体撮像装置１００で撮像される２種類の照明光を利用した撮像画像を、管内表面画像とも称することとする。また、環状レーザ光と円錐状照明光との位置関係に応じて、図４３Ａに示したように、環状レーザ光の照射部分と、円錐状照明光の照射領域と、が分離した画像が得られたり、図４３Ｂに示したように、環状レーザ光の照射部分が円錐状照明光の照射領域に包含される画像が得られたりする。この管状体の内表面に対応する領域のデータが、後述する画像処理装置２００において利用されることとなる。
【０３２１】
以上、図４１Ａ〜図４３Ｂを参照しながら、本実施形態に係る管状体撮像装置１００について説明した。
【０３２２】
＜演算処理装置２００の構成について＞
本実施形態に係る演算処理装置２００は、図１に示した第１の実施形態に係る演算処理装置２００、及び、第２の実施形態に係る演算処理装置２００と同様に、撮像制御部２０１と、画像処理部２０３と、表示制御部２０５と、記憶部２０７と、を主に備える。
【０３２３】
ここで、本実施形態に係る撮像制御部２０１、表示制御部２０５及び記憶部２０７については、第１又は第２の実施形態に係る演算処理装置２００が備える撮像制御部２０１、表示制御部２０５及び記憶部２０７と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０３２４】
画像処理部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０３は、管状体撮像装置１００（より詳細には、管状体撮像装置１００のカメラ１２０）から取得した撮像データを利用して、後述する２種類の画像フレームを生成する。その後、生成した２種類の画像フレームに対して、以下で説明するような画像処理を行い、測定対象物である管状体の内表面に存在する可能性のある欠陥を検出する。画像処理部２０３は、管状体１の内表面の欠陥検出処理を終了すると、得られた検出結果に関する情報を、表示制御部２０５に伝送する。
【０３２５】
なお、第２の実施形態で説明したように、本実施形態に係る管状体撮像装置１００が撮像した画像には、連結部材１４３に起因する遮蔽領域が存在している場合がある。そのため、本実施形態に係る画像処理部２０３は、管状体撮像装置１００が撮像した画像に遮蔽領域が存在する場合、第２の実施形態で説明した方法を利用して、送入時に撮像した画像から生成した画像を、送出時に撮像した画像から生成した画像を利用して補完し、遮蔽領域の存在しない画像を生成した上で、内表面に存在する欠陥を検出する。
【０３２６】
＜画像処理部２０３について＞
以下では、第１の実施形態に係る画像処理部２０３との相違点を中心に、図４４〜図４５Ｂを参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える画像処理部２０３の構成を説明するが、第２の実施形態に係る画像処理部２０３に対しても、同様にして本実施形態に係る画像処理部２０３の構成を実現可能であることは、言うまでもない。
【０３２７】
本実施形態に係る画像処理部２０３は、図４４に示したように、Ａ／Ｄ変換部２８１と、環状ビームセンター算出部２８３と、座標変換部２８５と、縞画像フレーム生成部２８７と、画像算出部２８９と、検出処理部３０１と、を主に備える。
【０３２８】
Ａ／Ｄ変換部２８１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。Ａ／Ｄ変換部２８１は、第１の実施形態に係るＡ／Ｄ変換部２１１と同様にして、カメラ１２０から出力された撮像画像をＡ／Ｄ変換し、デジタル多値画像データ（すなわち、管内表面画像）として出力する。かかるデジタル多値画像データは、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに記憶される。これらのデジタル多値画像データを管状体の管軸方向に沿って順次利用することにより、後述するような光切断画像フレーム及び円錐状照明光画像フレームが形成される。
【０３２９】
図４３Ａ及び図４３Ｂに模式的に示したように、管内表面画像は、管状体１の内表面の管軸方向に沿ったある位置において、管状体の内表面に照射された環状レーザ光及び円錐状照明光の反射光を撮像したものである。管内表面画像は、予めカメラのゲインやレンズの絞りを適切に設定することにより、環状ビーム及び円錐状照明光が照射された部分が例えば白く表示され、その他の部分は黒く表示されているような濃淡画像となる。
【０３３０】
Ａ／Ｄ変換部２８１は、カメラ１２０から出力された撮像画像に基づいて、図４３Ａ又は図４３Ｂに模式的に示したような管内表面画像を生成すると、生成した管内表面画像に対応するデータを、後述する環状ビームセンター算出部２８３に出力する。
【０３３１】
環状ビームセンター算出部２８３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。環状ビームセンター算出部２８３は、第１の実施形態に係る環状ビームセンター算出部２１３と同様にして、Ａ／Ｄ変換部２８１から出力された各管内表面画像について、環状ビームに対応する環の重心位置と半径をそれぞれ算出する。
【０３３２】
環状ビームセンター算出部２８３は、各管内表面画像について環の重心位置及び半径を算出すると、環の重心位置及び半径に関する情報をそれぞれ生成して、後述する座標変換部２８５に出力する。
【０３３３】
なお、本実施形態においては、管状体１の内面の断面形状が真円に近い場合について説明しているが、任意の断面形状に対して適用可能であり、例えば、断面形状が楕円や角丸長方形等であってもよい。このような場合の重心は、環状ビームの形状から求めることが可能であり、求めた重心との距離の最大値と最小値の平均値を半径として用いることで、後述する座標変換を同じ手順で実施することができる。
【０３３４】
座標変換部２８５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。座標変換部２８５は、算出された重心位置、及び、当該重心位置と環状ビームの照射部分との離隔距離に基づいて、管内表面画像の座標系を変換する。その後、座標変換部２８５は、環状ビームの照射部分を管状体の管周方向に展開した線分として表した光切断画像を生成するとともに、円錐状照明光の照射領域を管状体の管周方向に展開した円錐状照明光画像を生成する。
【０３３５】
環状ビームの重心位置が算出されることで、環状ビームの照射位置に対応する画素の存在位置を、重心位置を原点とした極座標（ｒ，θ）で表すことができる。座標変換部２８５は、図４３Ａ及び図４３Ｂに示したように、環状ビームセンター算出部２８３で算出された半径ｒに対して、動径方向に所定の余裕を設けたうえで、０°≦Ψ≦３６０°として、直交座標（ｒｃｏｓΨ，ｒｓｉｎΨ）への座標変換を実施する。
【０３３６】
この際、管状体撮像装置１００が図４１Ａに示したような構造を有している場合、管内表面画像における環状レーザ光や円錐状照明光の照射位置は、環状ビームの重心位置（半径ｒに対応する位置）に対して、図４３Ａに示したような位置関係となっている。そこで、座標変換部２８５は、図４４Ａに示したように、環状ビームセンター算出部２８３で算出された半径ｒに対して、動径方向に±Δｒの余裕を設けた上で、動径方向のｒ−Δｒ〜ｒ＋Δｒ＋ｄの範囲で、０°≦Ψ≦３６０°として座標変換を実施する。この際、余裕Δｒの値は、環状ビームの照射部分を含む範囲で、プラス方向とマイナス方向とで異なった値であってもよい。かかる場合、例えば、座標変換を行う範囲は、ｒ−Δｒ１〜ｒ＋Δｒ２などと表現することができる。ただし、本実施形態においては、プラス方向とマイナス方向とで同じ値Δｒを用いる場合について、以降の説明を行う。
【０３３７】
このような座標変換を行うことで、図４４Ａの右側に示したように、環状レーザ光照射部分については、動径方向には半径ｒを中心として２Δｒの高さを有し、角度方向には３６０°分の長さを有する帯状の画像が抽出され、円錐状照明光照射領域については、動径方向にはｄの高さを有し、角度方向には３６０°分の長さを有する帯状の画像が抽出される。以上の説明からも明らかなように、環状レーザ光照射部分から抽出された帯状の画像は、環状レーザ光の照射部分を管状体の管周方向に展開した線分（以下、「光切断線」とも称する。）を含むこととなる。また、動径方向に関して、半径ｒを中心として２Δｒの範囲を抽出することで、環状ビームの周に凹凸が存在していたとしても、かかる凹凸を含む環状ビームの周をもれなく抽出することが可能となる。このようにして得られた帯状の画像を、以下では光切断画像と称する。
【０３３８】
また、円錐状照明光照射領域から抽出された帯状の画像は、正反射条件を満たすようにカメラ１２０に結像した円錐状照明光の反射光に関する画像であり、円錐状照明光の正反射光の輝度分布を管状体の管周方向に展開した画像となっている。このようにして得られた帯状の画像を、以下では円錐状照明光展開画像と称することとする。
【０３３９】
管状体撮像装置１００が図４１Ａに示したような構造を有している場合、円錐状照明光照射領域と、環状レーザ光照射部分とは、予め互いに離隔量ｂ＋Δｒで分離しているため、後述する光切断画像フレーム生成部２８７及び照明光輝度画像生成部２９７は、光切断画像と、円錐状照明光展開画像と、を容易に切り分けることが可能である。
【０３４０】
なお、Δｒの大きさは、離隔量ｂ＞０を満足するように、管状体１に存在しうる凹凸の高さの範囲を過去の操業データ等に基づいて予め大まかに算出しておくことで、決定することが可能である。
【０３４１】
一方、管状体撮像装置１００が図４１Ｂに示したような構造を有している場合、管内表面画像における環状レーザ光や円錐状照明光の照射位置は、環状ビームの重心位置に対して、図４３Ｂに示したような位置関係となっている。そこで、座標変換部２８５は、図４４Ｂに示したように、環状ビームセンター算出部２８３で算出された半径ｒに対して、動径方向に±ｄ／２の余裕を設けた上で、動径方向のｒ−ｄ／２〜ｒ＋ｄ／２の範囲で、０°≦Ψ≦３６０°として座標変換を実施する。
【０３４２】
このような座標変換を行うことで、図４４Ｂの右側に示したように、動径方向には半径ｒを中心として高さｄを有し、角度方向には３６０°分の長さを有する帯状の画像が抽出される。
【０３４３】
管状体撮像装置１００が図４１Ｂに示したような構造を有している場合、円錐状照明光照射領域と環状レーザ光照射部分とは、互いに重畳している。しかしながら、管状体撮像装置１００が図４１Ｂに示したような構造を有している場合、円錐状照明光と環状レーザ光とは、互いに区別可能なように選択されているため、後述する光切断画像フレーム生成部２８７及び照明光輝度画像生成部２９７は、光切断画像と、円錐状照明光展開画像と、を容易に分離することが可能となる。
【０３４４】
上述のような管状体撮像装置１００により撮像された管内表面画像は、約３００画素に相当する半径ｒを有する環を含むこととなる。そこで、ｒ＝３００画素、Δｒ＝２５画素として、０°≦Ψ≦３６０°の範囲で光切断画像の抽出を行うと、横２０４１画素×高さ５０画素の光切断画像が生成されることとなる。また、ｄ＝２５画素とすると、横２０４１画素×高さ５０画素の正反射展開画像が生成されることとなる。なお、このときの画素サイズは、横０．５ｍｍ×縦０．５ｍｍである。
【０３４５】
なお、先だって説明したように、本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、円錐状照明光の照射領域を、環状レーザ光の反射光を撮像する毎に毎回撮像する（すなわち、円錐状照明光が毎回照射される）ようにしてもよいし、環状レーザ光が管軸方向にｄだけ進む間に１度だけ円錐状照明光の照射領域を撮像する（すなわち、円錐状照明光を、環状レーザ光が管軸方向にｄだけ進む間に１度だけ照射させる）ようにしてもよい。そのため、後者のような円錐状照明光源の照射制御を行っている場合には、円錐状照明光が照射されていない際の管内表面画像には、円錐状照明光の照射領域が存在しないこととなる。その場合、座標変換部２８５は、環状レーザ光の照射部分のみに対して、上記のような座標変換処理を実施して、光切断画像を生成すればよい。
【０３４６】
また、円錐状照明光が毎回照射されている場合においても、環状レーザ光が管軸方向にｄだけ進む間の１度だけ、環状レーザ光の照射部分及び円錐状照明光の照射領域の双方に対して、上記のような座標変換処理を実施する一方で、その他の場合には、環状レーザ光の照射部分に対してのみ、上記のような座標変換処理を実施するようにしてもよい。
【０３４７】
また、座標変換部２８５は、抽出された光切断画像及び円錐状照明光展開画像における各画素の座標（ｒ，Ψ）を利用することで、光切断画像及び円錐状照明光展開画像に含まれる画素の座標を直交座標（ｒｃｏｓΨ，ｒｓｉｎΨ）に変換する。ここで、座標変換部２８５が実施する座標値の変換は、極座標系から直交座標系への変換であるため、極座標系における格子点（すなわち、画素の中心位置）が、直交座標系において必ず格子点に対応するとは限らず、非格子点に対応するものも存在することとなる。そこで、座標変換部２８５は、第１の実施形態と同様にして、直交座標系における非格子点の濃度（画素値）を補間するために、着目している点の近傍に位置する他の格子点の濃度に基づいて補間する、いわゆる画像補間法を併せて実施することが好ましい。
【０３４８】
座標変換部２８５は、上述のような座標変換処理や画像補間処理を終了すると、得られた光切断画像及び円錐状照明光展開画像に対応する画像データを、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに、管状体の管軸方向に沿って順次格納していく。
【０３４９】
縞画像フレーム生成部２８７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。縞画像フレーム生成部２８７は、第１の実施形態に係る縞画像フレーム生成部２１７と同様にして、記憶部２０７等に設けられた画像メモリから、管状体の管軸方向に沿って格納された光切断画像を順に取得する。その後、縞画像フレーム生成部２８７は、取得した各光切断画像を管状体の管軸方向に沿って順に配列して、縞画像フレームを生成する。
【０３５０】
縞画像フレーム生成部２８７は、第１の実施形態で説明した方法と同様にして縞画像フレームを生成すると、生成した縞画像フレームを、後述する光切断線処理部２９１に出力する。また、縞画像フレーム生成部２８７は、生成した縞画像フレームに対応するデータに、当該縞画像フレームを生成した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として記憶部２０７等に格納してもよい。
【０３５１】
画像算出部２８９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像算出部２８９は、縞画像フレーム生成部２８７が生成した縞画像フレームに基づいて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する。また、画像算出部２８９は、座標変換部２８５により生成された円錐状照明光展開画像を利用して、照明光輝度画像を生成する。この画像算出部２８９は、図４４に示したように、光切断線処理部２９１と、深さ画像算出部２９３と、輝度画像算出部２９５と、照明光輝度画像生成部２９７と、回転補正部２９９と、を備える。
【０３５２】
ここで、本実施形態に係る光切断線処理部２９１、深さ画像算出部２９３、及び、輝度画像算出部２９５は、第１の実施形態に係る光切断線処理部２２１、深さ画像算出部２２３、及び、輝度画像算出部２９５と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものである。従って、以下では、これらの処理部について、詳細な説明は省略する。
【０３５３】
照明光輝度画像生成部２９７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。照明光輝度画像生成部２９７は、記憶部２０７等に設けられた画像メモリから、管状体の管軸方向に沿って格納された円錐状照明光展開画像を順に取得する。この際、縞画像フレーム生成部２８７によって光切断画像がｄライン分配列される間に対応する円錐状照明光展開画像は、先だって言及したように、１ライン目の光切断画像と同時に撮像された円錐状照明光展開画像１枚分で対応することが可能である。そこで、照明光輝度画像生成部２９７は、ｄラインごとに円錐状照明光展開画像を取得して、取得した各円錐状照明光展開画像を管状体の管軸方向に沿って順に配列し、照明光輝度画像を生成する。
【０３５４】
照明光輝度画像生成部２９７は、以上のようにして照明光輝度画像を生成すると、生成した照明光輝度画像を、後述する回転補正部２９９に出力する。また、照明光輝度画像生成部２９７は、生成した照明光輝度画像に対応するデータに、当該照明光輝度画像を生成した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として記憶部２０７等に格納してもよい。
【０３５５】
回転補正部２９９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。回転補正部２９９は、第１の実施形態で説明した方法と同様にして、深さ画像算出部２９３により算出された深さ画像、輝度画像算出部２９５により算出された輝度画像、及び、照明光輝度画像生成部２９７により生成された照明光輝度画像のそれぞれについて、回転量測定装置１３０により測定された回転の向き及び大きさを用いて、管周方向の回転に伴う位置ズレを補正する。
【０３５６】
ここで、各画像に対して実施される回転補正処理の詳細については、第１の実施形態で説明した方法と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。照明光輝度画像に対しても、第１の実施形態と同様にして回転補正処理を施すことで、管周方向の回転に伴う位置ズレを補正することが可能となる。
【０３５７】
回転補正部２９９は、以上説明したような回転補正処理を、深さ画像、輝度画像及び照明光輝度画像のそれぞれに対して実施すると、補正された深さ画像、輝度画像及び照明光輝度画像を、検出処理部３０１へと出力する。また、回転補正部２９９は、補正された深さ画像、輝度画像及び照明光輝度画像に関する情報を、当該情報を補正した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、回転補正部２９９は、補正された深さ画像、輝度画像及び照明光輝度画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０３５８】
更に、回転補正部２９９は、第１の実施形態と同様に、算出した回転の向き及び大きさに関する情報を、撮像制御部２０１に対して出力して、撮像制御部２０１による駆動制御装置１５０の管状体撮像装置１００に対する回転制御に供するようにしてもよい。また、回転補正部２９９は、第１の実施形態と同様に、回転補正部２９９から出力された回転の大きさが、所定の基準閾値以上となった場合に、管状体撮像装置１００が回転し過ぎている旨を警告する警告情報（例えば、警告音、警告表示、振動等のような、視覚、聴覚、触覚等に訴えかける警告情報）を出力するようにしてもよい。
【０３５９】
検出処理部３０１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。検出処理部３０１は、回転補正部２９９により補正された深さ画像、輝度画像及び照明光輝度画像に基づいて、管状体の内表面に存在する欠陥を検出する。
【０３６０】
ここで、本実施形態に係る検出処理部３０１が実施する欠陥検出処理は、照明光輝度画像を更に利用する点を除いては、第１の実施形態に係る検出処理部２２９が実施する欠陥検出処理と同様のものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０３６１】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００が有する画像処理部２０３の構成について、詳細に説明した。
【０３６２】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０３６３】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０３６４】
以上、本実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の構成について、詳細に説明した。なお、上記では、管状体撮像装置１００が、環状レーザ光及び円錐状照明光の双方を利用して撮像処理を実施する場合について説明したが、管状体撮像装置１００が円錐状照明光のみを利用し、照明光輝度画像のみを利用して検出処理を実施する場合についても、本実施形態に係る回転補正処理を同様に適用可能であることは、言うまでもない。
【０３６５】
（第４の実施形態）
以上説明したような、第１〜第３の実施形態に係る管状体内表面検査装置１０を、他の検査機器に装着することで、他の検査機器に対して、第１〜第３の実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の機能を付加することも可能である。以下では、ＡＰＩ規格に従う油井管用鋼管に対して実施されるドリフト検査に利用されるドリフトゲージに対して、第１〜第３の実施形態に係る管状体内表面検査装置１０の機能を付加する場合について、簡単に説明する。
【０３６６】
ＡＰＩ規格に従う油井管用鋼管（以下、単に「鋼管」ともいう。）は、その内径精度及び曲り精度を鋼管の全長に亘って検査するために、規格の外径に仕上げられたドリフトゲージを鋼管全長にわたって通過させる検査（いわゆるドリフト検査）を実施している。特に、大量生産される鋼管に対するドリフト検査では、ドリフトゲージを動力駆動する自動装置が使用される。かかる自動装置を用いてドリフトゲージを被検査鋼管の内部を通過させ、その後、ドリフトゲージを元の位置まで逆方向に通過させることで、ドリフト検査が行われる。
【０３６７】
以下では、まず、図４６を参照しながら、ＡＰＩ規格に従う油井用鋼管に対して実施されるドリフト検査について、簡単に説明する。図４６は、ドリフト検査について説明するための説明図である。
【０３６８】
ドリフト検査は、油井用鋼管が規定の内径精度や曲がり精度を有しているか否かを検査する検査であり、ＡＰＩ規格に従う外径に仕上げられたドリフトゲージを鋼管全長にわたって通過させる。ドリフトゲージが鋼管の内部を全長にわたって通過できた場合には、検査対象とした鋼管が所定のＡＰＩ規格に則っていることを意味し、ドリフトゲージが鋼管の内部を通過できなかった場合には、検査対象とした鋼管は、内径精度や曲がり精度がＡＰＩ規格を満たしていないことを意味する。
【０３６９】
大量生産される鋼管に対するドリフト検査では、ドリフトゲージを動力駆動する自動装置が使用される。かかる自動装置を用いてドリフトゲージを被検査鋼管の内部を通過させ、その後、ドリフトゲージを元の位置まで逆方向に通過させることで、ドリフト検査が行われる。
【０３７０】
ここで、ドリフト検査に用いられる典型的な自動装置は、例えば図４６に示したように、被検査鋼管よりも長い全長のドリフトバーと、かかるドリフトバーの先端部に着脱可能に設けられたドリフトゲージと、から構成されている。ドリフトバーは、鋼管軸方向に沿って水平移動が可能なように、複数のＶローラーによって支持されている。かかる自動装置では、モータに接続された駆動ローラーを駆動させてドリフトバーを水平方向に移動させることで、ドリフトバーの先端に装着されたドリフトゲージを鋼管に通過させる。
【０３７１】
本発明者は、このようなドリフトゲージを用いたドリフト検査と同時に鋼管内表面の検査を行うための方法について鋭意検討した結果、以下で説明するようなドリフトゲージに想到したのである。
【０３７２】
＜ドリフトゲージの全体構成について＞
以下では、まず、図４７を参照しながら、本実施形態に係るドリフトゲージの全体構成について、簡単に説明する。
本実施形態に係るドリフトゲージは、ＡＰＩ規格に従う鋼管が規格に適切に則って製造されているかを検査するためのドリフト検査に用いられ、また、かかるドリフト検査と同時に、鋼管の内面検査を実施することが可能である。なお、以下の説明では、本実施形態に係るドリフトゲージを、油井用鋼管（鋼管）の検査に適用する場合を例に挙げるが、かかるドリフトゲージを、鋼管以外の各種管状体の検査に適用可能であることは、言うまでもない。
【０３７３】
本実施形態に係るドリフトゲージは、図４７に模式的に示したように、第１、第２又は第３の実施形態に係る管状体撮像装置１００と、第１、第２又は第３の実施形態に係る駆動制御装置１５０（図示せず。）と、第１、第２又は第３の実施形態に係る演算処理装置２００と、を有している。
【０３７４】
ここで、ドリフトゲージは、図４７に示したようなドリフトバーの先端部に着脱可能に設けられており、ドリフトゲージの長さＬｄ及び直径Ｄｄは、検査対象である鋼管ＳのＡＰＩ規格に則して予め設定される。
【０３７５】
ドリフトゲージの鋼管Ｓに送入される側の先端部は、ドリフトゲージが鋼管Ｓの内部により確実に送入されるように、テーパ形状となっている。かかるドリフトゲージの先端部には、ドリフトバー及びドリフトゲージの中心軸と同軸となるように、第１、第２又は第３の実施形態に係る管状体撮像装置１００が設けられる。ここで、第１、第２又は第３の実施形態に係る管状体撮像装置１００は、ドリフトゲージの先端に装着されていても良いし、図４７に模式的に示したように、管状体撮像装置１００の一部がドリフトゲージの内部に位置するように設けられていても良い。
【０３７６】
ここで、図４７に示したように、管状体撮像装置１００の一部がドリフトゲージの内部に位置する場合には、管状体撮像装置１００からの環状ビームの照射が妨げられないようにすることが好ましい。従って、かかる場合には、管状体撮像装置１００の照明機構１１０が位置する側の端部ではなく、管状体撮像装置１００のカメラ１２０が位置する側の端部が、ドリフトゲージの内部に位置することが好ましい。また、かかる配置の場合には、環状ビームを撮像するカメラ１２０がドリフトゲージの内部に位置することとなるが、カメラ１２０の視線を妨げないようにドリフトゲージの先端部に逆テーパ形状の開口部を設け、かかる開口部を介して管状体撮像装置１００の一部をドリフトゲージ内に配設することが好ましい。
【０３７７】
演算処理装置２００は、図４７に模式的に示したように、ドリフトゲージの内部に設けられていても良い。本実施形態に係る演算処理装置２００は、有線通信又は無線通信を介して、ドリフトゲージの外部に設けられた、ドリフト検査ラインを管理する管理サーバ等の外部サーバと、相互に通信を行うことが可能である。
【０３７８】
また、本実施形態に係る演算処理装置２００は、その一部がドリフトゲージの内部に実装され、残りがドリフトゲージ１０の外部に、各種コンピュータやサーバ等といった情報処理装置の形態で設けられていても良い。また、本実施形態に係る演算処理装置２００は、ドリフトゲージの外部に設けられていても良い。
【０３７９】
なお、演算処理装置２００の一部又は全てがドリフトゲージの外部に設けられる場合であっても、２以上の演算処理装置間の相互通信や、管状体撮像装置１００と演算処理装置２００との間の相互通信は、有線通信又は無線通信により実施することが可能である。
【０３８０】
なお、図４７に示した例において、有線通信により装置間の相互通信を実現する場合には、通信ケーブルを、ドリフトゲージやドリフトバーの内部を通過させて、外部へと導くことが考えられる。しかしながら、実際のドリフト検査工程において、かかる通信ケーブルは操業の妨げになると考えられるため、装置間の相互通信は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ−Ｆｉ等といった各種の無線通信により実現されることが好ましい。
【０３８１】
また、演算処理装置２００の機能を分散させて実装する場合、演算処理装置２００の機能のうち、どの機能までをドリフトゲージの内部に実装させるかについては、適宜設定することが可能である。この際に、ドリフトゲージの内部に実装させる機能については、外部との相互通信の通信速度や管状体撮像装置１００のフレームレート等に応じて決定することが好ましい。
【０３８２】
＜管状体撮像装置１００の構成について＞
次に、本実施形態に係るドリフトゲージに対して着脱可能に設けられる管状体撮像装置１００の構成について説明する。
【０３８３】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、先だって言及しているように、ドリフトゲージの先端部に設けられる。なお、ドリフトゲージによるドリフト検査を妨げないために、管状体撮像装置１００の直径は、ドリフトゲージの直径Ｄｄよりも小さくなるように設定される。
【０３８４】
かかる管状体撮像装置１００の構成については、第１、第２又は第３の実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成と同様であり、同様の効果を奏するものであるため、以下では、相違点を中心に説明を行うものとする。
【０３８５】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、図４８に模式的に示したように、鋼管Ｓの管端と、カメラ１２０の受光面（カメラ１２０に設けられたレンズの端面でもある。）との間の離隔距離Ｌが所定の閾値よりも大きい場合には、管状体撮像装置１００が鋼管Ｓから離れていると判断する。かかる場合に、管状体撮像装置１００は、環状ビームの照射を行わずにカメラ１２０による撮像処理のみを実施して、ドリフトゲージを中心として鋼管と当該鋼管の周囲を撮像した周囲撮像画像を、所定の時間間隔で複数生成する。
【０３８６】
このようにして生成される周囲撮像画像の例を、図４９に模式的に示した。周囲撮像画像は、図４９に模式的に示したように、幅Ｗピクセル×高さＨピクセルの画像である。図４７に示したような管状体撮像装置１００の構成上、周囲撮像画像の中心部には、照明機構１１０が位置することとなる。また、周囲撮像画像には、図４９に示したように、鋼管Ｓの管端と、鋼管Ｓの内表面とが撮像されることとなる。
【０３８７】
以下で説明する演算処理装置２００は、このようにして得られる周囲撮像画像を利用して、鋼管Ｓとドリフトゲージとが適切な位置関係にあるか否かを判断したり、環状ビームの点灯・消灯を判断したりする。
【０３８８】
また、本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、前述の離隔距離Ｌが所定の閾値Ｌｓ以下となった場合には、環状ビームの照射を開始するとともに、カメラ１２０による撮像処理は継続する。かかる閾値Ｌｓは、図５０に示すように環状ビームが鋼管Ｓの管端へと照射される位置に設定される。環状ビームが鋼管Ｓの内表面に結像することで、カメラ１２０は、鋼管Ｓの内表面での環状ビームの反射光を撮像することとなり、環状ビーム画像が生成されることとなる。
【０３８９】
＜演算処理装置２００の構成について＞
次に、本実施形態に係る演算処理装置２００の構成について説明する。
本実施形態に係る演算処理装置２００の全体構成については、第１〜第３の実施形態で説明した演算処理装置２００の全体構成と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０３９０】
＜画像処理部２０３の構成について＞
続いて、図５１〜図５５Ｂを参照しながら、本実施形態に係る画像処理部２０３の構成について説明する。
本実施形態に係る画像処理部２０３は、第１、第２又は第３の実施形態に係る画像処理部２０３の構成に対して、以下で説明するようなレーザ照射位置判定部及びゲージ送入判定部を更に付加したものである。そのため、以下では、第１の実施形態に係る画像処理部２０３の構成との相違点を中心に、図５１〜図５５Ｂを参照しながら、簡単に説明する。なお、第２又は第３の実施形態に係る画像処理部２０３に対しても、同様にして本実施形態に係る画像処理部２０３の構成を実現可能であることは、言うまでもない。
【０３９１】
本実施形態に係る画像処理部２０３は、第１の実施形態に係る画像処理部２０３が備えるＡ／Ｄ変換部２１１、環状ビームセンター算出部２１３、座標変換部２１５、縞画像フレーム生成部２１７、画像算出部２１９、及び、検出処理部２２９に加えて、レーザ照射位置判定部３１１及びゲージ送入判定部３１３を更に有している。
【０３９２】
ここで、本実施形態に係るＡ／Ｄ変換部２１１、環状ビームセンター算出部２１３、座標変換部２１５、縞画像フレーム生成部２１７、画像算出部２１９、及び、検出処理部２２９は、第１の実施形態に係る各処理部と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では、画像算出部２１９が有する回転補正部２２７について、簡単な説明を行うとともに、その他の処理部については詳細な説明は省略する。
【０３９３】
なお、本実施形態に係る画像算出部２１９における深さ画像算出部２２３及び輝度画像算出部２２５は、第１の実施形態において説明したように、生成した深さ画像と輝度画像とを、回転補正部２２７に出力する。また、深さ画像算出部２２３及び輝度画像算出部２２５は、生成した深さ画像及び輝度画像に対応するデータに、当該深さ画像と輝度画像を生成した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として記憶部２０７等に格納してもよい。
【０３９４】
また、本実施形態に係る回転補正部２２７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。回転補正部２２７は、第１の実施形態で説明した方法と同様にして、深さ画像算出部２２３により算出された深さ画像、及び、輝度画像算出部２２５により算出された輝度画像のそれぞれについて、回転量測定装置１３０により測定された回転の向き及び大きさを用いて、管周方向の回転に伴う位置ズレを補正する。
【０３９５】
ここで、各画像に対して実施される回転補正処理の詳細については、第１の実施形態で説明した方法と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。得られた深さ画像及び輝度画像に対して、第１の実施形態と同様にして回転補正処理を施すことで、管周方向の回転に伴う位置ズレを補正することが可能となる。
【０３９６】
回転補正部２２７は、以上説明したような回転補正処理を、深さ画像、輝度画像のそれぞれに対して実施すると、補正された深さ画像、輝度画像を、検出処理部２２９へと出力する。また、回転補正部２２７は、補正された深さ画像、輝度画像に関する情報を、当該情報を補正した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、回転補正部２２７は、補正された深さ画像、輝度画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０３９７】
更に、回転補正部２２７は、第１の実施形態と同様に、算出した回転の向き及び大きさに関する情報を、撮像制御部２０１に対して出力して、撮像制御部２０１による駆動制御装置１５０の管状体撮像装置１００に対する回転制御に供するようにしてもよい。また、回転補正部２２７は、第１の実施形態と同様に、回転補正部２２７から出力された回転量が、所定の基準閾値以上となった場合に、管状体撮像装置１００が回転し過ぎている旨を警告する警告情報（例えば、警告音、警告表示、振動等のような、視覚、聴覚、触覚等に訴えかける警告情報）を出力するようにしてもよい。
【０３９８】
レーザ照射位置判定部３１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。レーザ照射位置判定部３１１は、Ａ／Ｄ変換部２１１から出力された周囲撮像画像を参照し、かかる周囲撮像画像での輝度分布によって鋼管Ｓの外径を検出した結果に基づいて、管状体撮像装置１００が環状ビームの照射を開始すべき位置まで到達したか（換言すれば、環状ビームが照射されるであろう照射方向（管状体撮像装置１００の中心軸に対して垂直な方向）に鋼管Ｓの内表面が位置しているか）を判断する。
【０３９９】
かかるレーザ照射位置判定部３１１におけるレーザ照射位置判定処理の詳細について、図５２及び図５３を参照しながら説明する。
【０４００】
本実施形態に係るドリフトゲージを用いて、ドリフト検査と並行して鋼管Ｓの内表面の検査を行う場合に、ドリフトゲージの移動開始とともに環状ビームの照射を開始しても良いが、ドリフトゲージが鋼管Ｓから離れている状態で環状ビームの照射を開始してしまうと、操業の安全上好ましくないことが多い。一方、図５２に模式的に示したように、ドリフトゲージの移動開始とともに撮像され始める周囲撮像画像において、鋼管Ｓの端部との離隔距離Ｌが小さくなるほど、周囲撮像画像での鋼管Ｓに対応する領域の面積は増加していく。
【０４０１】
そこで、本実施形態に係るレーザ照射位置判定部３１１は、周囲撮像画像における鋼管Ｓに対応する領域の大きさに着目することで、ドリフトゲージが鋼管Ｓの管端にどれほど近づいたかを見積もって、ドリフトゲージが環状ビームの照射を開始すべき位置に到達したか否かを判断する。
【０４０２】
ここで、ドリフト検査が実施される環境を考えてみると、ドリフト検査が実施される周囲は、各種の照明によってある程度の明るさが維持されている一方で、鋼管Ｓの内表面は、鋼管Ｓの内部に位置しているが故に周囲の環境光が届かず、周囲よりも暗くなって撮像されると考えられる。また、Ａ／Ｄ変換部２１１から出力された画像が、周囲撮像画像ではなく環状ビーム画像である場合、撮像画像における輝度の分布は、周囲撮像画像とは大きく異なることから、周囲撮像画像と環状ビーム画像とを区別することは容易である。
【０４０３】
そこで、本実施形態に係るレーザ照射位置判定部３１１は、Ａ／Ｄ変換部２１１から出力された画像について輝度の分布に着目する。その上で、レーザ照射位置判定部３１１は、出力された画像が周囲撮像画像であると判断された場合に、周囲撮像画像の輝度の分布に着目して、ドリフトゲージが環状ビームの照射を開始すべき位置に到達したか否かを判断する。
【０４０４】
より詳細には、本実施形態に係るレーザ照射位置判定部３１１は、周囲撮像画像における所定の監視方向について輝度分布を特定し、かかる監視方向について、輝度に関する所定の閾値に基づき、設置されている鋼管Ｓの外径に対応する位置を検出する。その後、レーザ照射位置判定部３１１は、検出した鋼管Ｓの外径の大きさが所定の閾値以上の値を有している場合に、管状体撮像装置１００が環状ビームの照射を開始すべき位置まで到達したと判断する。
【０４０５】
ここで、レーザ照射位置判定部３１１が着目するのは、鋼管Ｓの外径に対応する大きさであり、鋼管Ｓは、周囲撮像画像の中心を基準としてほぼ対称に撮像されていると考えられる。そこで、レーザ照射位置判定部３１１は、監視方向として、図５２に示したように、周囲撮像画像の中心を通る一つの方向（図５２では、周囲撮像画像の幅方向）に着目する。なお、監視方向は、上記のような監視方向に限定されるものではなく、例えば周囲撮像画像の高さ方向や対角線の方向を監視方向にするなど、他の監視方向を採用してもよい。
【０４０６】
前述のように、ドリフト検査が実施される周囲の環境は鋼管Ｓに対応する部分よりも明るくなっており、鋼管Ｓの位置が適切ではなく周囲撮像画像にもう一方の管端が写っている場合には、もう一方の管端の部分も明るくなっていると考えられる。そこで、ドリフト検査が実施される場所の環境光を事前に検証する（具体的には、用いる管状体撮像装置１００を利用して、環境光を実際に撮像してみる）ことで、輝度閾値Ｔｈを適切に決定することができる。その上で、レーザ照射位置判定部３１１は、周囲撮像画像の監視方向の両端（例えば、図５３において、横軸座標の左端部及び右端部）から、対応する位置の輝度値と閾値Ｔｈとの大小比較を実施していく。レーザ照射位置判定部３１１は、輝度値が初めて閾値Ｔｈ以下となった位置を、着目している監視方向での鋼管外径に対応する位置として検出することができる。
【０４０７】
図５３に示したように、着目している監視方向において、鋼管外径に対応している位置の内側に存在する領域の画素数Ｘｄが、鋼管Ｓの外径の大きさに対応していると判断することができる。ここで、レーザ照射位置判定部３１１は、図５２下段に示したように、環状ビームの照射方向（管状体撮像装置１００の中心軸に対して垂直な方向）に鋼管Ｓの管端がちょうど位置している場合での周囲撮像画像における鋼管Ｓの外径の画素数Ｄｐを、閾値として利用する。換言すれば、レーザ照射位置判定部３１１は、鋼管Ｓの管端とカメラ１２０の受光面との離隔距離ＬがＬｓである場合の周囲撮像画像における鋼管Ｓの外径の画素数Ｄｐを、閾値として利用する。その上で、レーザ照射位置判定部３１１は、特定した画素数Ｘｄが所定の閾値Ｄｐ以上である（Ｘｄ≧Ｄｐが成立する）場合に、環状ビームの照射を開始すべき位置に到達したと判断する。
【０４０８】
レーザ照射位置判定部３１１は、管状体撮像装置１００が環状ビームの照射を開始すべき位置に到達したと判断した場合、その旨を撮像制御部２０１及び環状ビームセンター算出部２１３以降の処理部へと出力する。これにより、撮像制御部２０１は、管状体撮像装置１００の照明機構１１０に対して、レーザ光の照射を開始させるための制御信号を出力し、環状ビームセンター算出部２１３以降の処理部は、環状ビームを撮像することで得られる環状ビーム画像に基づいて、鋼管Ｓの内表面の欠陥検出処理を開始する。
【０４０９】
これにより、本実施形態に係るドリフトゲージでは、環状ビームを照射すべき必要最低限の間だけ環状ビームを照射することが可能となり、より安全な検査状況を実現することが可能となる。
【０４１０】
また、レーザ照射位置判定部３１１は、管状体撮像装置１００が環状ビームの照射を開始すべき位置に到達したと判断した以降も、Ａ／Ｄ変換部２１１から随時出力される画像の輝度の分布に着目して、出力された画像が周囲撮像画像であるか、環状ビーム画像であるかを判断してもよい。その上で、Ａ／Ｄ変換部２１１から出力される画像が、環状ビーム画像から周囲撮像画像に切り替わった場合に、管状体撮像装置１００は鋼管Ｓの内部を通過したと判断し、その旨を撮像制御部２０１及び環状ビームセンター算出部２１３以降の処理部に出力してもよい。これにより、撮像制御部２０１は、レーザ光の照射を停止させる旨の制御信号を出力することができる。
【０４１１】
なお、管状体撮像装置１００が鋼管Ｓの内部を通過したか否かは、撮像制御部２０１が、管状体撮像装置１００や駆動制御装置１５０等から出力されるＰＬＧ信号と、検査対象とすべき鋼管Ｓに関する鋼管の全長等の管理情報とに基づいて、管状体撮像装置１００が鋼管の全長以上の長さを移動したか否かを判断することでも特定可能である。
【０４１２】
また、レーザ照射位置判定部３１１は、上記と同様にして周囲撮像画像における鋼管Ｓの外径の大きさに着目することで、鋼管Ｓの管端とカメラ１２０の受光面との離隔距離Ｌが、後述するゲージ送入判定処理を実施すべき離隔距離ＬＧとなったか否かを判定することができる。離隔距離Ｌの大きさがＬＧとなった場合、レーザ照射位置判定部３１１は、その旨をゲージ送入判定部３１３へと出力する。これにより、後述するゲージ送入判定部３１３において、ゲージ送入判定処理が実施されることとなる。
【０４１３】
再び図５１に戻って、ゲージ送入判定部３１３について、詳細に説明する。
ゲージ送入判定部３１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。ゲージ送入判定部３１３は、Ａ／Ｄ変換部２１１から出力された周囲撮像画像を参照し、かかる周囲撮像画像での輝度分布よって鋼管Ｓの設置位置を検出した結果に基づいて、鋼管Ｓがドリフトゲージを挿入可能な位置に適切に設置されているか否かを判断する。
【０４１４】
かかるゲージ送入判定部３１３におけるゲージ送入判定処理の詳細について、図５４〜図５５Ｂを参照しながら説明する。
【０４１５】
鋼管Ｓに対してドリフト検査を実施するドリフト検査ラインに対して鋼管Ｓが搬送される際に、鋼管Ｓの搬送が適切でなかったり、鋼管Ｓそのものに曲がり等が生じていたりする場合には、鋼管Ｓがドリフトゲージを挿入可能な位置に適切に位置しない場合がある。
【０４１６】
その場合、周囲撮像画像では、例えば図５４に模式的に示したように、照明機構１１０そのものは中心部に位置するものの、鋼管Ｓに対応する領域が周囲撮像画像の中心部から偏心することとなる。例えば、鋼管Ｓに曲がり等が生じている場合には、曲がりの方向に応じて、鋼管Ｓに対応する領域が上下方向（図５４における高さＨの方向）や、左右方向（図５４における幅Ｗの方向）に偏心する。また、鋼管Ｓの搬送が適切ではなく、本来の位置に到達しなかった場合や本来の位置を通りすぎた場合には、鋼管Ｓに対応する領域が左右方向に偏心する。
【０４１７】
そこで、本実施形態に係るゲージ送入判定部３１３は、レーザ照射位置判定部３１１から、離隔距離ＬがＬＧとなった旨の情報が出力されると、Ａ／Ｄ変換部２１１から出力された、該当する位置での周囲撮像画像について輝度の分布に着目する。その上で、ゲージ送入判定部３１３は、かかる周囲撮像画像の輝度の分布に着目して、鋼管Ｓがドリフトゲージを挿入可能な位置に適切に位置しているか否かを判定する。
【０４１８】
先だって説明したように、周囲撮像画像において鋼管Ｓに対応する領域が偏心する方向としては、周囲撮像画像における左右方向及び上下方向、並びに、この２つの方向の組み合わせで規定される方向が考えられる。そこで、本実施形態に係るゲージ送入判定部３１３は、例えば図５４に示したように、互いに直交する２つの方向を監視方向とする。いま、便宜的に、周囲撮像画像の左右方向と平行な方向を、監視方向Ａとし、周囲撮像画像の上下方向と平行な方向を、監視方向Ｂとする。なお、監視方向は、上記のような２つの監視方向に限定されるものではなく、例えば周囲撮像画像の対角線の方向を監視方向にするなど、他の監視方向を採用してもよい。
【０４１９】
ゲージ送入判定部３１３は、鋼管Ｓの端部からの離隔距離が所定の値ＬＧである場合の周囲撮像画像を取得すると、所定の輝度閾値Ｔｈに基づいて、鋼管Ｓに対応する領域と周囲との境界（すなわち、鋼管Ｓの外表面のエッジに対応する部分）を検出する。かかる境界検出処理は、図５５Ａ及び図５５Ｂに示したように、２つの監視方向（監視方向Ａ、監視方向Ｂ）のそれぞれについて実施される。なお、上記の値ＬＧは、カメラ１２０の受光面から撮像プローブの先端の保持基板１４１までの距離に対してドリフトゲージが移動動作から停止に至る停止距離を加えた値以上となるように設定させる。
【０４２０】
ここで、ゲージ送入判定部３１３は、周囲撮像画像の監視方向の両端（例えば、図５５Ａ及び図５５Ｂにおいて、横軸座標の左端部及び右端部）から、対応する位置の輝度値と閾値Ｔｈとの大小比較を実施していく。その上で、ゲージ送入判定部３１３は、輝度値が初めて閾値Ｔｈ以下となった位置を、着目している監視方向での鋼管外径に対応する位置として検出することができる。
【０４２１】
２つの監視方向Ａ，Ｂに関して、鋼管外径に対応している位置の内側に存在する領域が、鋼管Ｓに対応する部分であると判断することができる。そこで、ゲージ送入判定部３１３は、周囲撮像画像の中心（Ｗ／２，Ｈ／２に対応する位置）を基準として、鋼管Ｓの端部からカメラ１２０の受光面までの離隔距離がＬＧのとき、鋼管Ｓが最適な位置にある場合の撮像画像上の外径をＤｓ（円中心は、画像中心に等しい。）とすると、鋼管Ｓに対応する領域の幅がＤｓ〜Ｄｓ＋αの範囲に収まっているか否かを判断する。ここで、直径がＤｄであるドリフトゲージが鋼管Ｓの中心からずれたとしても、先端に設けたテーパ形状の部分（直径ＤＴ）が鋼管Ｓの内部に送入されれば良いことを考慮して、許容範囲αの具体的な大きさが適宜決定される。実際には、（Ｄｄ−ＤＴ）／２で表わされる大きさが周囲撮像画像において何ピクセルに対応するかに応じて、αの値が決定される。
【０４２２】
具体的には、ゲージ送入判定部３１３は、図５５Ａ及び図５５Ｂに示したように、画像中心を通る監視方向Ａにおいて、閾値Ｔｈで決定される鋼管背景領域（鋼管外径）の左側Ｘ１及び右側Ｘ２を検出するとともに、画像中心を通る監視方向Ｂにおいて、閾値Ｔｈで決定される鋼管背景領域（鋼管外径）の下側Ｙ１及び上側Ｙ２を検出する。その上で、ゲージ送入判定部３１３は、以下の式２０１〜式２０７で表わされる４つの条件が全て成立する場合に、鋼管Ｓがドリフトゲージを挿入可能な位置に適切に位置していると判断する。
【０４２３】
Ｗ／２−（Ｄｓ＋α）／２＜  Ｘ１  ＜  Ｗ／２−Ｄｓ／２  ・・・（式２０１）
Ｗ／２−（Ｄｓ＋α）／２＜  Ｘ２  ＜  Ｗ／２−Ｄｓ／２  ・・・（式２０３）
Ｈ／２−（Ｄｓ＋α）／２＜  Ｙ１  ＜  Ｈ／２−Ｄｓ／２  ・・・（式２０５）
Ｈ／２−（Ｄｓ＋α）／２＜  Ｙ２  ＜  Ｈ／２−Ｄｓ／２  ・・・（式２０７）
【０４２４】
ゲージ送入判定部３１３は、鋼管Ｓがドリフトゲージを挿入可能な位置に適切に位置していると判断した場合、その旨を撮像制御部２０１へと出力する。これにより、撮像制御部２０１は、ドリフトゲージの移動動作を継続させることができる。一方、ゲージ送入判定部３１３は、鋼管Ｓがドリフトゲージを挿入可能な位置に適切に位置していないと判断した場合、その旨を撮像制御部２０１へと出力する。その結果、撮像制御部２０１は、ドリフトゲージの移動動作を停止させるとともに、警告信号を外部に出力する。これにより、ドリフトゲージが鋼管Ｓの内部に送入されなかったり、ドリフトゲージが鋼管Ｓに衝突することで壊れてしまったりする等といった効率的な検査を阻害する要因を排除することができる。その結果、本実施形態に係るドリフトゲージを利用することで、効率的にドリフト検査及び鋼管内面検査を実施することが可能となる。
【０４２５】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ照射位置判定部３１１及びゲージ送入判定部３１３では、周囲撮像画像における輝度の分布（輝度プロファイル）に着目することで、上記のような判定処理を行っている。ここで、周囲撮像画像において、環境光の輝度をより確実に高い値として、より正確に上記のような判定処理を行うために、鋼管Ｓの管端から鋼管内部を照明せずに周囲を照明するための別途の光源を設けても良い。
【０４２６】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００が有する画像処理部２０３の構成について、詳細に説明した。
【０４２７】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０４２８】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０４２９】
以上、本実施形態に係るドリフトゲージの構成について、詳細に説明した。本実施形態に係るドリフトゲージを利用することで、鋼管Ｓに対してドリフト検査を実施すると同時に、鋼管Ｓの内表面を周方向全周、全長にわたって検査することが可能となり、微小な凹凸形状の欠陥や模様状の欠陥を、高精度で同時に検出することができる。また、本実施形態に係るドリフトゲージにより、欠陥の発生位置を正確に特定することが可能となるため、鋼管Ｓの生産性や歩留まりの向上や、品質保証に大きく寄与することができる。
【０４３０】
（ハードウェア構成について）
次に、図５６を参照しながら、本発明の各実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。
【０４３１】
演算処理装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０４３２】
ＣＰＵ９０１は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、又はリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０４３３】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０４３４】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。更に、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０４３５】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０４３６】
ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０４３７】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
【０４３８】
接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０４３９】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線もしくは無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、社内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
【０４４０】
以上、本発明の各実施形態に係る演算処理装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０４４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０４４２】
１０    管状体内表面検査装置
１００    管状体撮像装置
１１０    照明機構
１１１    レーザ光源
１１３    円錐状の光学素子
１１５    円錐状照明光源
１１７    円環状の基台
１１９    発光素子
１２０    カメラ
１３０    回転量測定装置
１４１    保持基板
１４３    連結部材
１５０    駆動制御装置
２００    演算処理装置
２０１    撮像制御部
２０３    画像処理部
２０５    表示制御部
２０７    記憶部
２１１，２５１，２８１    Ａ／Ｄ変換部
２１３，２５３，２８３    環状ビームセンター算出部
２１５，２５５，２８５    座標変換部
２１７，２５７，２８７    縞画像フレーム生成部
２１９，２５９，２８９    画像算出部
２２１，２６１，２９１    光切断線処理部
２２３，２６３，２９３    深さ画像算出部
２２５，２６５，２９５    輝度画像算出部
２２７，２６７，２９９    回転補正部
２２９，２７３，３０１    検出処理部
２６９    深さ画像補完部
２７１    輝度画像補完部
２９７    照明光輝度画像生成部
【図１】
0006696278.tif 000003
【図２Ａ】
0006696278.tif 000004
【図２Ｂ】
0006696278.tif 000005
【図２Ｃ】
0006696278.tif 000006
【図３Ａ】
0006696278.tif 000007
【図３Ｂ】
0006696278.tif 000008
【図４】
0006696278.tif 000009
【図５】
0006696278.tif 000010
【図６】
0006696278.tif 000011
【図７】
0006696278.tif 000012
【図８Ａ】
0006696278.tif 000013
【図８Ｂ】
0006696278.tif 000014
【図９Ａ】
0006696278.tif 000015
【図９Ｂ】
0006696278.tif 000016
【図９Ｃ】
0006696278.tif 000017
【図１０】
0006696278.tif 000018
【図１１】
0006696278.tif 000019
【図１２】
0006696278.tif 000020
【図１３】
0006696278.tif 000021
【図１４Ａ】
0006696278.tif 000022
【図１４Ｂ】
0006696278.tif 000023
【図１５】
0006696278.tif 000024
【図１６】
0006696278.tif 000025
【図１７】
0006696278.tif 000026
【図１８】
0006696278.tif 000027
【図１９】
0006696278.tif 000028
【図２０】
0006696278.tif 000029
【図２１】
0006696278.tif 000030
【図２２】
0006696278.tif 000031
【図２３】
0006696278.tif 000032
【図２４】
0006696278.tif 000033
【図２５】
0006696278.tif 000034
【図２６】
0006696278.tif 000035
【図２７】
0006696278.tif 000036
【図２８】
0006696278.tif 000037
【図２９】
0006696278.tif 000038
【図３０】
0006696278.tif 000039
【図３１】
0006696278.tif 000040
【図３２】
0006696278.tif 000041
【図３３】
0006696278.tif 000042
【図３４】
0006696278.tif 000043
【図３５】
0006696278.tif 000044
【図３６】
0006696278.tif 000045
【図３７】
0006696278.tif 000046
【図３８】
0006696278.tif 000047
【図３９】
0006696278.tif 000048
【図４０】
0006696278.tif 000049
【図４１Ａ】
0006696278.tif 000050
【図４１Ｂ】
0006696278.tif 000051
【図４２】
0006696278.tif 000052
【図４３Ａ】
0006696278.tif 000053
【図４３Ｂ】
0006696278.tif 000054
【図４４】
0006696278.tif 000055
【図４５Ａ】
0006696278.tif 000056
【図４５Ｂ】
0006696278.tif 000057
【図４６】
0006696278.tif 000058
【図４７】
0006696278.tif 000059
【図４８】
0006696278.tif 000060
【図４９】
0006696278.tif 000061
【図５０】
0006696278.tif 000062
【図５１】
0006696278.tif 000063
【図５２】
0006696278.tif 000064
【図５３】
0006696278.tif 000065
【図５４】
0006696278.tif 000066
【図５５Ａ】
0006696278.tif 000067
【図５５Ｂ】
0006696278.tif 000068
【図５６】
0006696278.tif 000069