(57)【要約】【課題】カメラの回転にかかわらず方向の揃った孔壁展開画像を容易に得ることができるようにし、且つ小型化、軽量化、低コスト化を可能とする。【解決手段】カメラ１０の前方中心軸上に方向指示器１２を設置して周囲孔壁と方向指示器とを１つの画像として撮影し、その画像をもとに中央の方向指示器画像領域に１本の円周状のスキャンラインを設定すると共に周辺の孔壁画像領域に１本以上の同心円状のスキャンラインを設定して各スキャンラインに沿って画素を読み出す。そして方向指示器の方向指示マーカーの位置を画素の色情報から検出し、そのマーカー位置を基準として孔壁画像の画素メモリの並べ替え処理を行い、並べ替えた孔壁画素データをカメラの移動に同期させて蓄積することにより孔壁の全周展開画像を生成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラの前方中心軸上に方向指示器を設置して周囲孔壁と方向指示器とを１つの画像として撮影し、その画像をもとに中央の方向指示器画像領域に１本の円周状のスキャンラインを設定すると共に周辺の孔壁画像領域に１本以上の同心円状のスキャンラインを設定して各スキャンラインに沿って画素を読み出し、方向指示器の方向指示マーカーの位置を画素の色情報から検出し、そのマーカー位置を基準として孔壁画像の画素メモリの並べ替え処理を行い、並べ替えた孔壁画素データをカメラの移動に同期させて蓄積することにより孔壁の全周展開画像を生成することを特徴とする孔壁展開画像生成方法。
【請求項２】
孔壁画像撮影装置を内蔵して孔内を移動するプローブと、プローブ位置と撮影した画像データとを関連させてデータ処理を行うデータ処理装置を具備し、
前記孔壁画像撮影装置は、周囲孔壁を照明する光源と、周囲孔壁を撮影可能なカメラと、その前方の中心軸上に位置する方向指示器を備え、周囲孔壁と方向指示器とを１つの画像として撮影可能に構成され、
前記データ処理装置は、撮影した画像をもとに中央の方向指示器画像領域に１本の円周状のスキャンラインを設定すると共に周辺の孔壁画像領域に１本以上の同心円状のスキャンラインを設定して各スキャンラインの画素をカメラの座標系を基準として順次取り込む画像取り込み手段、方向指示器の方向指示マーカーの位置を画素の色情報から検出するマーカー位置検出手段、そのマーカー位置を基準として孔壁画像の画素メモリの並べ替え処理を行う画素並べ替え処理手段、並べ替えた孔壁画素データをプローブの移動に同期させて蓄積し孔壁の全周展開画像を生成する展開画像処理手段を有することを特徴とする孔壁展開画像生成装置。
【請求項３】
カメラの前方中心軸上に凸面ミラーが設置され、該凸面ミラー面の中心に振り子型又は方位磁針型の方向指示器を設置し、凸面ミラーで反射されて得られる孔壁画像と方向指示器の画像をカメラにより１つの画像として撮影する請求項２記載の孔壁展開画像生成装置。
【請求項４】
カメラ本体に魚眼レンズを装着し、その前方中心軸上に振り子型又は方位磁針型の方向指示器を設置し、魚眼レンズを通して得られる孔壁画像と方向指示器の画像をカメラにより１つの画像として撮影する請求項２記載の孔壁展開画像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボーリング孔などの孔壁の全周展開画像を生成する方法及び装置に関し、更に詳しく述べると、周囲孔壁と方向指示器を１つの画像として撮影し、方向指示器の方向指示マーカーの位置を基準として孔壁画像の画素メモリの並べ替え処理を行い孔壁の全周展開画像を生成する孔壁展開画像生成技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特許第２５６２０５９号公報
【特許文献２】
特開平９−３１２８３５号公報
【０００３】
ボーリング孔や下水管などの管路の内周面（以下、これらを「孔壁」と総称する）を観測するために、ボアホールカメラが使用されている。例えば、既設トンネルの崩落事故やトンネル壁剥離事故に対する安全管理対策として、岩盤斜面内部やトンネル覆工背面の状態を観察するため、ボアホールカメラを使用した点検が実施されている。また既設の下水管などでは、地圧や地盤沈下などによって孔壁変形や亀裂が生じる恐れがあり、それによる漏水対策として、ボアホールカメラを使用した点検が実施されている。
【０００４】
ボアホールカメラによる画像撮影装置は、魚眼レンズや凸面ミラーによって映し出された孔壁の画像を、カメラの孔内移動に同期させながら、一連の孔壁展開画像として抽出するように構成されている。
【０００５】
孔壁展開画像の生成において、カメラを内蔵しているプローブが孔軸を中心として円周方向に回転すると、方向や方位が揃った展開画像を生成することができなくなる。そのためプローブの回転補正を行い向きを調整する必要がある。そこで、プローブの内部に方向指示器や方向センサを組み込み、プローブの向き（姿勢）を計測できるようにしている。
【０００６】
プローブの回転を補正する方法としては、
（１）作業者が方向指示器を見ながら、プローブあるいはカメラの回転を直接調整する方法（例えば特許文献１参照）
（２）方向センサからのデータを元に、プローブ内のカメラ駆動装置によりカメラの回転を制御する方法
（３）方向センサからのデータを用いて、展開画像の切り出し位置を調整する方法（例えば特許文献２参照）
などがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、
（１）の方法は、プローブ内部にカメラを回転させるための駆動機構が必要なため、コストが高くなるばかりでなく小型化が難しい。また作業者が直接調整しなければならないため、操作が煩雑で必ずしも良好な精度が得られない。
（２）の方法は、プローブ内部にカメラを回転させるための駆動装置が必要なため、コストが高くなるばかりでなく小型化が難しい。また高価な方向センサを必要とする。
（３）の方法は、カメラ駆動機構を必要としない利点があるが、高価な方向センサを必要とし、また方向センサからの信号を画像信号とは別に伝送するために、それに関連する装置や伝送線路を必要とし、そのため小型化、低コスト化が難しい。
等の欠点があった。
【０００８】
本発明の目的は、方向の揃った孔壁展開画像を容易に生成することができる孔壁展開画像生成方法を提供することである。本発明の他の目的は、小型化（小径化）、軽量化、及び低コスト化が可能な孔壁展開画像生成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、カメラの前方中心軸上に方向指示器を設置して周囲孔壁と方向指示器とを１つの画像として撮影し、その画像をもとに中央の方向指示器画像領域に１本の円周状のスキャンラインを設定すると共に周辺の孔壁画像領域に１本以上の同心円状のスキャンラインを設定して各スキャンラインに沿って画素を読み出し、方向指示器の方向指示マーカーの位置を画素の色情報から検出し、そのマーカー位置を基準として孔壁画像の画素メモリの並べ替え処理を行い、並べ替えた孔壁画素データをカメラの移動に同期させて蓄積することにより孔壁の全周展開画像を生成することを特徴とする孔壁展開画像生成方法である。
【００１０】
本発明は、孔壁画像撮影装置を内蔵して孔内を移動するプローブと、プローブ位置と撮影した画像データとを関連させてデータ処理を行うデータ処理装置を具備し、前記孔壁画像撮影装置は、周囲孔壁を照明する光源と、周囲孔壁を撮影可能なカメラと、その前方の中心軸上に位置する方向指示器を備え、周囲孔壁と方向指示器とを１つの画像として撮影可能に構成され、前記データ処理装置は、撮影した画像をもとに中央の方向指示器画像領域に１本の円周状のスキャンラインを設定すると共に周辺の孔壁画像領域に１本以上の同心円状のスキャンラインを設定して各スキャンラインの画素をカメラの座標系を基準として順次取り込む画像取り込み手段、方向指示器の方向指示マーカーの位置を画素の色情報から検出するマーカー位置検出手段、そのマーカー位置を基準として孔壁画像の画素メモリの並べ替え処理を行う画素並べ替え処理手段、並べ替えた孔壁画素データをプローブの移動に同期させて蓄積し孔壁の全周展開画像を生成する展開画像処理手段を有することを特徴とする孔壁展開画像生成装置である。
【００１１】
本発明では、例えばカメラの前方中心軸上に凸面ミラーが設置され、該凸面ミラー面の中心に振り子型又は方位磁針型の方向指示器を設置し、凸面ミラーで反射されて得られる孔壁画像と方向指示器の画像をカメラにより１つの画像として撮影する。あるいは、カメラ本体に魚眼レンズを装着し、その前方中心軸上に振り子型又は方位磁針型の方向指示器を設置し、魚眼レンズを通して得られる孔壁画像と方向指示器の画像をカメラにより１つの画像として撮影してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による孔壁展開画像生成方法の基本原理を図１に基づき説明する。画像撮影装置は、図１のＡに示すように、周囲孔壁を撮影するＣＣＤカメラ１０と、その前方の中心軸上に位置する方向指示器１２を備えている。ここではカメラ１０の前方に凸面ミラー１４が位置し、該凸面ミラー１４による周囲の孔壁の反射画像をカメラ１０で撮影する方式を示している。方向指示器１２としては、例えば回転自在に凸面ミラー１４の面中心に軸支した円板の１箇所に錘を取り付けて中心と錘位置を結ぶように方向指示マーカーを形成した構造、円板の質量を偏らせて中心と重心位置を結ぶように方向指示マーカーを形成した構造、指示針を回転自在に吊り下げた構造などがあり、その他、地磁気を感知して一定方向を向くようにした方位磁針を用いることも可能である。ここでは重力で回転する円板表面を黒色の背景とし、それに対して鉛直方向を白線の方向指示マーカーで表示するようにしている。本発明では、カメラによって、凸面ミラーと方向指示器とを１つの画像として撮影しており、その点に１つの特徴がある。つまり、方向指示器の映像が孔壁画像と同時に得られればよく、方向指示器からの信号を別途取り出す必要は全くない。
【００１３】
このようにして撮影した画像は、図１のＢに示すようになる。画面の中央に円形の方向指示器画像領域（黒色で示す）が形成され、その周辺にリング状に孔壁画像領域（点々を付して示す）が形成される。これはカメラの設置状態を基準とした画像であり、Ｕ′−Ｄ′が上下方向、Ｌ′−Ｒ′が左右方向となる。これがカメラの座標系であり、孔内での挿入状態にかかわらず（即ちカメラが回転しても）不変である。方向指示器画像領域には、その中心から外周縁へと延びる直線状の方向指示マーカーが撮影される。ここで方向指示マーカーは鉛直下方を指示するから、カメラが回転すると画面上では方向指示マーカーの傾きが変化する。
そして、方向指示マーカーの方向であるＵ−Ｄが常に鉛直方向、Ｌ−Ｒがそれに垂直な左右方向を表していることになり、これが実際の空間の座標系である。従って、この空間の座標系を基準として画像処理を行うことで、カメラの回転を補正することができる。具体的には、次のような画像処理を行う。
【００１４】
図１のＢに示すような画像をもとに、中央の方向指示器画像領域と周辺の孔壁画像領域に同心円状のスキャンラインを１本ずつ設定して、カメラ基準（Ｄ′方向基準）で両スキャンラインに沿って画素を読み出す。方向指示器画像のスキャンライン１は、ｎ（ｎは例えば３６０）画素／ラインが得られるように方向指示器画像領域のできるだけ外周寄りに設定する。従って、方向指示器画像領域もある程度大きく取れるように、方向指示器も大きくする。図１のＣに示すように、カメラ基準（Ｄ′方向を０番目とする）でスキャンライン１に沿ってｎ番目迄の１周の画素を順次読み出す。そして、画素の色情報（ここでは１箇所の白色の画素を検出する）からスキャンライン１上での方向指示マーカーの位置を読み出す（それをｉ番目とする）。
【００１５】
孔壁画像領域のスキャンライン２も、同じｎ画素／ラインが得られるように設定する。このスキャンライン２は、凸面ミラーによって孔軸になるべく直交する孔壁面の画像（真横の孔壁画像）が得られるように選定する。ここでも図１のＣに示すように、カメラ基準（Ｄ′方向を０番目とする）でスキャンライン２に沿ってｎ番目迄の１周の画素を順次読み出す。そして、この孔壁画像の画素メモリの並べ替え処理を行う。つまり、ｉ番目の画素が最初に来るようにし、ｎ番目の画素の次に０番目の画素が続き、更に１番目の画素となって、最後がｉ−１番目の画素となるようにする。これによって、カメラ基準（カメラの座標系でＤ′方向を０番目とする）から方向指示器のマーカー位置を基準とする（空間の座標系でＤ方向を０番目とする）画素列に変換される。
【００１６】
そして、並べ替えた孔壁画像データをカメラの移動に同期させて蓄積することにより孔壁全周の展開画像が生成できる。このようにすると、カメラが孔内で移動中にどのように回転しても、あるいは回転しなくても、孔壁画像と方向指示マーカーは１つの画像であり、且つその方向指示マーカーの位置を基準として展開するために鉛直方向が明確で、方向の揃った孔壁画像が得られる。この方法は、撮影中にカメラの回転などを考慮する必要がなく、画像データのみを記録し続ければよいため、装置構成を簡略化でき小型化できる利点がある。
【００１７】
【実施例】
図２は本発明で用いる画像撮影装置の一実施例を示す説明図である。Ａに全体構成を、Ｂにその詳細を、またＣ〜Ｅに方向指示器の構造を、それぞれ示す。この画像撮影装置はプローブ２０内に収容され、水平孔内を移動して孔壁２１の画像を撮影するものである。カメラ２２の前方に凸面ミラー２３が位置し、該凸面ミラー２３の面中心に方向指示器２４が取り付けられている。プローブ２０のカメラレンズ２５と凸面ミラー２３の間の部分はアクリル樹脂製などの透明円筒２０ａからなり、光源となる複数の発光ダイオード２６が円周上で略均等に分散配置されている。
【００１８】
発光ダイオード２６によって孔壁面を照明し、凸面ミラー２３による孔壁２１の反射画像と方向指示器２４の画像が一緒にカメラ２２で撮影される。その映像信号は、平衡伝送装置２７によって孔外のデータ処理装置（図示せず）にケーブル２８で伝送される。ここで凸面ミラー２３によってカメラ２２に取り込まれる孔壁の反射画像は、符号ａで示す帯状の範囲である。そして、符号ｂで示す位置が、凸面ミラー２３で孔壁に略直交する画像が得られる位置である。図１に示すスキャンライン２は、ほぼこのｂ位置での画像データが得られるように設定することになる。
【００１９】
方向指示器２４は、円板３の片面に回転軸３１を設け、該回転軸３１を軸受３２で支持する構造である。回転軸３１は、凸面ミラー２３の面中心を貫通し、その背後の軸受３２で片持ち方式で回転自在に支持される。円板３０は真鍮等からなり、偏った位置に貫通穴３３を形成して重心位置を中心からずらしたものである。ここでは、対称的に３箇所に円形の貫通穴３３を形成して質量を偏らせている。この円板表面に、黒色の地に白線で方向指示マーカーを表示したシール３４を、該方向指示マーカーが回転中心と重心位置を結ぶような状態で貼着する。この構造は、簡素化されているにもかかわらず、円板の回転がスムーズで、プローブの回転に対する追随性が良好であり、方向指示マーカーの識別も容易であるため好ましい。
【００２０】
図３は本発明で用いる画像撮影装置の他の実施例を示す説明図である。Ａに全体構成を、Ｂにその詳細を、またＣ〜Ｄに方向指示器の構造を、それぞれ示す。
この画像撮影装置はプローブ４０内に収容され、水平孔内を移動して孔壁４１の画像を撮影するものである。カメラ本体４２に魚眼レンズ４３を取り付け、その前方の中心軸上に方向指示器４４が位置する。プローブ４０のカメラ前方部分は、アクリル樹脂製などの透明ドーム４０ａからなり、光源となる複数の発光ダイオード４５が円周上で略均等に分散配置されている。
【００２１】
発光ダイオード４５によって孔壁面を照明し、魚眼レンズ４３による孔壁画像と方向指示器の画像が一緒にカメラ本体４２で撮影される。その映像信号は、平衡伝送装置４６によって孔外のデータ処理装置（図示せず）にケーブル４７で伝送される。魚眼レンズ４３によってカメラに取り込まれる孔壁の反射画像は、符号ｃで示す位置よりも前方部分である。図１に示すスキャンライン２は、ほぼこのｃ位置近傍での画像データが得られるように設定することが好ましい。
【００２２】
方向指示器４４は、透明ドーム４０ａの中心と魚眼レンズ４３の中心の間に支持棒５０を架設し、該支持棒５０の外側にスリーブ５１を被せ、該スリーブ５１に針状の方向指示マーカー５２を固着した構造である。支持棒５０に対してスリーブ５１は回転自在であり、従って方向指示マーカー５２は重力によって常に鉛直下向きとなる。この場合、方向指示マーカー５２の背景は魚眼レンズ４３による孔内前方映像であり、暗い画像である。方向指示マーカー５２は、画像処理において背景の暗い孔内前方映像との識別を容易にするために、「マゼンダ」もしくは「赤」に着色する。孔壁にはそのような色は通常存在し得ないからである。
【００２３】
このような魚眼レンズを用いる構造は、プローブを孔内に挿入する時に、前方を監視できるため、孔内の異常を予め発見でき、ジャミングなどの事故発生を未然に防止できる利点がある。
【００２４】
図４は本発明に係る孔壁展開画像生成装置の全体構成の一例を示す説明図である。本装置は、画像撮影装置を収容し水平孔６０の内部を移動するプローブ６２と、プローブ位置と画像データを関連させてデータ処理を行うデータ処理装置６４を有する。プローブは、図２あるいは図３に示すような構造でよい。プローブ６２には外側にほぼ均等に３方向に張り出すセントラライザ６６を取り付けて、該プローブ６０が常に孔内のほぼ中心に位置した状態で移動するような構造としている。本発明では、プローブ６２からは１本のビデオ信号ケーブルのみ引き出されていればよい。そこで本実施例では、プローブ６２を、剛性の高いセミリジッドケーブル６７を用いて、水平押し込み用ウインチ６８によって押し込むようにしている。ウインチ６８にはロータリエンコーダ６９を付設して、ケーブル６７の繰り出し位置からプローブ６２の孔内位置を算出できるようにしている。
【００２５】
孔外に設けられるデータ処理装置６４は、ビデオ信号を処理する画像処理部、ロータリエンコーダによるプローブの位置を測定する位置測定部、それらのデータを記録する磁気ディスク装置ＨＤＤなどからなる。またビデオ信号による孔内・孔壁画像を直接確認できるように外部モニタが接続されている。
【００２６】
作業手順としては、例えば先ずウインチ６８によりプローブ６２を孔内の所定の位置まで水平に押し込み、次いでウインチ６８でプローブ６２を引き出しながら位置測定と画像処理を行い、データを蓄積していく。引き出しつつ測定することで、ケーブル６６の弛みなどによる誤差を最小限に抑えることができる。
【００２７】
図５は本発明に係る孔壁展開画像生成装置の全体構成の他の例を示す説明図である。本装置は、画像撮影装置を収容し垂直孔７０の内部を移動するプローブ７２と、プローブ位置と画像データを関連させてデータ処理を行うデータ処理装置７４を有する。プローブの方向指示器は方位磁針型とする。プローブ７２をケーブル７６で吊り下げ、ウインチ７８で上下する。ウインチ７８にはロータリエンコーダ７９を付設して、ケーブル７６の繰り出し位置からプローブの孔内位置を算出できるようにしている。孔外に設けられるデータ処理装置は、前記図４で使用するものと同様の構成でよい。
【００２８】
図６は本発明に係る孔壁展開画像生成装置のブロック図である。プローブのケーブルをロータリエンコーダを通してウインチで繰り出し、巻き込み制御するようにし、ロータリエンコーダから位置パルスを出力する。それを位置パルス検出手段で検出する。プローブからの映像信号は、指示位置検出処理手段で方向指示マーカーの位置を検出し、それに基づき画像並べ替え処理手段で並べ替え、画像展開処理手段で位置パルスを利用して画像を展開し、それを記憶装置で記憶させると共に、展開画像表示モニタに表示させる。プローブが魚眼レンズを用いている場合には前方画像が得られるので、前方画像表示用外部モニタで表示させる。
【００２９】
本発明方法の全体的な処理の手順を図７に示す。位置パルスを検出して予め設定した数に達する毎に以下の処理を行う。その時の画像データから、図１で説明したスキャンライン１のデータを取り込み、マーカー位置検出処理を行う。同時に、その画像データからスキャンライン２のデータを取り込む。マーカー位置に応じて画像並べ替え処理を行い、画像展開処理を行う。この操作を繰り返し、結果を記録すると共にディスプレイに表示する。
【００３０】
図８はマーカー位置検出処理のフロー図である。初期値を０に設定し、ｎ番目の画素まで以下のループ処理を行う。この場合の判定は、マゼンダ色を見つけるためのものであり、図３の装置に対応している。図２の装置のように、白色を見つける場合には、Ｒ＋Ｇ＋Ｂ＞ＭＡＸＶＡＬＵＥとなるような判定式を用いる。判定結果が真（ＹＥＳ  ）の場合には、その時のｉの値をＭＡＸＮＵＭに代入してループ処理を続ける。終了時点ではＭＡＸＮＵＭがマーカー位置を示す結果を表している。
【００３１】
図９は画像並べ替え処理のフロー図である。図８の処理で得られたＭＡＸＮＵＭをｐとすると、スキャンライン２の画素データのｐからｎ番目までを始めに並べ、その後に０からｐ−１までの画素データを続ける。このようにして並べ替えた画素列データＬが得られる。
【００３２】
図１０は展開画像処理のフロー図である。ｍラインまでのデータの次に、並べ替えた画素列データＬを加え、その処理を繰り返す。これによって孔の長手方向に延びる展開画像が得られる。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる構成のみに限定されるものではない。上記の実施例では孔壁画像領域に１本のみスキャンラインを設定しているが、複数本のスキャンラインを設定してデータを組み合わせることもできる。１本ずつのデータを積み重ねる方が容易で且つずれも少なくできるが、複数本のスキャンラインのデータを組み合わせれば、より効率よく画像形成が行える。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は上記のように、周囲孔壁と方向指示器とを１つの画像として撮影し、中央の方向指示器画像領域と周辺の孔壁画像領域に同心円状のスキャンラインを設定して画素を読み出し、方向指示マーカー位置を画素の色情報から検出して、そのマーカー位置を基準として孔壁画像の画素メモリの並べ替え処理を行う孔壁展開画像生成方法であるから、カメラの回転にかかわらず、従ってカメラの回転を調整することなく、方向の揃った孔壁内部の展開画像が得られる。また上記のように、周囲孔壁と方向指示器とを１つの画像として同時にカメラで撮影し画像データとして取得すればよいため、画像データと方向データを別々に伝送・処理する必要が無くなり、装置が簡素化される。更に、孔内におけるカメラの向きを修正する必要が無いため、カメラの回転駆動機構なども全く不要となり、孔内に挿入するプローブの小型化・小径化が可能となり、低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法による孔壁展開画像生成の基本原理を示す説明図。
【図２】本発明で用いる画像撮影装置の一実施例を示す説明図。
【図３】本発明で用いる画像撮影装置の他の実施例を示す説明図。
【図４】本発明に係る孔壁展開画像生成装置の全体構成の一例を示す説明図。
【図５】本発明に係る孔壁展開画像生成装置の全体構成の他の例を示す説明図。
【図６】本発明に係る孔壁展開画像生成装置の詳細なブロック図。
【図７】本発明方法の全体的な処理の手順を示すフロー図。
【図８】指示位置検出処理のフロー図。
【図９】画像並べ替え処理のフロー図。
【図１０】展開画像処理のフロー図。
【符号の説明】
１０  カメラ
１２  方向指示器
１４  凸面ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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