(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内の走行方向に沿う複数の場所で、当該走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて連続撮影された、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像の内、両端に前記重なっている部分のある静止画像に対し、前記重なっている部分に一対の周方向ラインを描き、さらに、天井中央部分を静止画像の画角の広がり方向に少し超えた位置で走行方向に沿ってのびる中央ラインと、路面と内壁との境界近傍で、前記走行方向に沿ってのびる境界ラインとを描く第１ライン描画部と、
前記一対の周方向ラインと、中央ラインと、境界ラインとで区画される閉領域の画像を抽出し、前記閉領域が矩形になるように、前記境界ラインを水平軸として、前記閉領域内で最も長いデータ幅に揃え、画像の縦横方向の正規化を行う第１画像処理部と、
前記第１画像処理部によって生成された矩形の静止画像に、前記グリッド状のラインに沿うグリッドラインを描くと共に、当該グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データの入力を受ける第２ライン描画部と、
前記各四角形を実寸に比例する矩形に変形する第２画像処理部と、
前記第２画像処理部によって得られた矩形の静止画像を合わせてトンネル覆工面の平面図を作る第３画像処理部とを備えたことを特徴とするトンネル覆工面の平面図作成システム。
【請求項２】
前記第１ライン描画部は、トンネルの入口を含む静止画像と出口を含む静止画像については、一対の周方向ラインとして、入口又は出口近傍に周方向ラインを描き、他方の重なっている部分にもう一方の周方向ラインを描く、請求項１に記載のトンネル覆工面の平面図作成システム。
【請求項３】
トンネル内の走行方向に沿う複数の場所で、当該走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて連続撮影された、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像を取得する１個のデジタルスチルカメラを有する撮影部を、更に備えている請求項１又は請求項２に記載のトンネル覆工面の平面図作成システム。
【請求項４】
前記グリッド状のラインは、トンネル製造時に生じたメタルフォームを形成する金属型枠の跡を含む、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のトンネル覆工面の平面図作成システム。
【請求項５】
トンネル内の走行方向に沿う複数の場所で、当該走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像を撮影する撮影工程と、
撮影された静止画像の内、両端に前記重なっている部分のある静止画像に対し、前記重なっている部分に一対の周方向ラインを描き、さらに、天井中央部分を静止画像の画角の広がり方向に少し超えた位置で走行方向に沿ってのびる中央ラインと、路面と内壁との境界近傍で、前記走行方向に沿ってのびる境界ラインとを描く第１ライン描画工程と、
前記一対の周方向ラインと、中央ラインと、境界ラインとで区画される閉領域の画像を抽出し、前記閉領域が矩形になるように、前記境界ラインを水平軸として、前記閉領域内で最も長いデータ幅に揃え、画像の縦横方向の正規化を行う第１画像処理工程と、
前記第１画像処理工程において生成された矩形の静止画像に、前記グリッド状のラインに沿うグリッドラインを描くと共に、当該グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データの入力を受ける第２ライン描画工程と、
前記各四角形を実寸に比例する矩形に変形する第２画像処理工程と、
前記第２画像処理工程によって得られた矩形の静止画像を合わせてトンネル覆工面の平面図を作る第３画像処理工程とを含むことを特徴とするトンネル覆工面の平面図作成方法。
【請求項６】
コンピュータ読み取り可能な画像処理プログラムであって、当該画像処理プログラムを実行することによりコンピュータに、
トンネル内の走行方向に沿う複数の場所で、当該走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて連続撮影された、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像の内、両端に前記重なっている部分のある静止画像に対し、前記重なっている部分に一対の周方向ラインを描き、さらに、天井中央部分を静止画像の画角の広がり方向に少し超えた位置で走行方向に沿ってのびる中央ラインと、路面と内壁との境界近傍で、前記走行方向に沿ってのびる境界ラインとを描く第１ライン描画部と、
前記一対の周方向ラインと、中央ラインと、境界ラインとで区画される閉領域の画像を抽出し、前記閉領域が矩形になるように、前記境界ラインを水平軸として、前記閉領域内で最も長いデータ幅に揃え、画像の縦横方向の正規化を行う第１画像処理部と、
前記第１画像処理部によって生成された矩形の静止画像に、前記グリッド状のラインに沿うグリッドラインを描くと共に、当該グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データの入力を受ける第２ライン描画部と、
前記各四角形を実寸に比例する矩形に変形する第２画像処理部と、
前記第２画像処理部によって得られた矩形の静止画像を合わせてトンネル覆工面の平面図を作る第３画像処理部とを実現することを特徴とする画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル側壁及び天井部分を含む内壁にひび割れや剥離等がないか点検する際に使用されるトンネル覆工面の平面図を作成するのに用いるトンネル覆工面の平面図作成システム、トンネル覆工面の平面図作成方法、及びそれに用いるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来トンネル覆工全面画像を作成する装置としては、図２６に示すように、トンネルの内壁面からの距離を均一にするため円弧状のフレームに複数の撮影装置を取り付けた撮影車が知られている。
【０００３】
前記撮影車は、各撮影装置によって内壁の動画を撮り、画像を合成することによって、図２７に示すような、１枚の平面図を作成する。前記平面図は、最初の画像に、移動によって生じた画像のずれの部分を加える処理を繰り返して作成されるため、数多くのライン状ノイズが現れる（例えば、特許文献１の図５、６を参照）。また、動画の場合、数百メートル続くトンネル内の全データを記憶するには大容量の記憶部が必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−４９７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、少ない画像データ記憶量で、ライン状のノイズの少ない、正確な平面図の作成が可能なトンネル覆工面の平面図作成システム、トンネル覆工面の平面図作成方法、及びそれに用いるプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、トンネル内の走行方向に沿う複数の場所で、当該走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて連続撮影された、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像の内、両端に前記重なっている部分のある静止画像に対し、前記重なっている部分に一対の周方向ラインを描き、さらに、天井中央部分を静止画像の画角の広がり方向に少し超えた位置で走行方向に沿ってのびる中央ラインと、路面と内壁との境界近傍で、前記走行方向に沿ってのびる境界ラインとを描く第１ライン描画部と、前記一対の周方向ラインと、中央ラインと、境界ラインとで区画される閉領域の画像を抽出し、前記閉領域が矩形になるように、前記境界ラインを水平軸として、前記閉領域内で最も長いデータ幅に揃え、画像の縦横方向の正規化を行う第１画像処理部と、前記第１画像処理部によって生成された矩形の静止画像に、前記グリッド状のラインに沿うグリッドラインを描くと共に、当該グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データの入力を受ける第２ライン描画部と、前記各四角形を実寸に比例する矩形に変形する第２画像処理部と、前記第２画像処理部によって得られた矩形の静止画像を合わせてトンネル覆工面の平面図を作る第３画像処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
前記第１ライン描画部は、トンネルの入口を含む静止画像と出口を含む静止画像については、一対の周方向ラインとして、入口又は出口近傍に周方向ラインを描き、他方の重なっている部分にもう一方の周方向ラインを描く、ことが好ましい。
【０００８】
前記システムの何れかにおいて、トンネル内の走行方向に沿う複数の場所で、当該走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて連続撮影された、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像を取得する１個のデジタルスチルカメラを有する撮影部を、更に備えていることが好ましい。
【００１０】
前記グリッド状のラインは、トンネル製造時に生じたメタルフォームを形成する金属型枠の跡を含む、ことが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係るトンネル覆工面の平面図作成方法は、トンネル内の走行方向に沿う複数の場所で、当該走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像を撮影する撮影工程と、撮影された静止画像の内、両端に前記重なっている部分のある静止画像に対し、前記重なっている部分に一対の周方向ラインを描き、さらに、天井中央部分を静止画像の画角の広がり方向に少し超えた位置で走行方向に沿ってのびる中央ラインと、路面と内壁との境界近傍で、前記走行方向に沿ってのびる境界ラインとを描く第１ライン描画工程と、前記一対の周方向ラインと、中央ラインと、境界ラインとで区画される閉領域の画像を抽出し、前記閉領域が矩形になるように、前記境界ラインを水平軸として、前記閉領域内で最も長いデータ幅に揃え、画像の縦横方向の正規化を行う第１画像処理工程と、前記第１画像処理工程において生成された矩形の静止画像に、前記グリッド状のラインに沿うグリッドラインを描くと共に、当該グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データの入力を受ける第２ライン描画工程と、前記各四角形を実寸に比例する矩形に変形する第２画像処理工程と、前記第２画像処理工程によって得られた矩形の静止画像を合わせてトンネル覆工面の平面図を作る第３画像処理工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るプログラムは、コンピュータ読み取り可能な画像処理プログラムであって、当該画像処理プログラムを実行することによりコンピュータに、トンネル内の走行方向に沿う複数の場所で、当該走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて連続撮影された、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像の内、両端に前記重なっている部分のある静止画像に対し、前記重なっている部分に一対の周方向ラインを描き、さらに、天井中央部分を静止画像の画角の広がり方向に少し超えた位置で走行方向に沿ってのびる中央ラインと、路面と内壁との境界近傍で、前記走行方向に沿ってのびる境界ラインとを描く第１ライン描画部と、前記一対の周方向ラインと、中央ラインと、境界ラインとで区画される閉領域の画像を抽出し、前記閉領域が矩形になるように、前記境界ラインを水平軸として、前記閉領域内で最も長いデータ幅に揃え、画像の縦横方向の正規化を行う第１画像処理部と、前記第１画像処理部によって生成された矩形の静止画像に、前記グリッド状のラインに沿うグリッドラインを描くと共に、当該グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データの入力を受ける第２ライン描画部と、前記各四角形を実寸に比例する矩形に変形する第２画像処理部と、前記第２画像処理部によって得られた矩形の静止画像を合わせてトンネル覆工面の平面図を作る第３画像処理部とを実現することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のトンネル覆工面の平面図作成システム、トンネル覆工面の平面図作成方法、及びそれに用いるプログラムでは、トンネル内の壁面の静止画を直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて複数撮り、集め、処理することによりトンネル覆工面の平面図を作る。撮影部は、円周方向に沿って内壁を複数撮る必要は無い。撮影レンズの特性、及びトンネル内壁までの距離の変化に起因して生じる画像の歪を簡単な画像処理により補正して前記平面図を作るので、トンネルの内壁面からの距離を均一にするため円弧状のフレームに複数の撮影装置を取り付けた撮影車を不要にし、かつ、システムに要求される記憶部の容量を少なくすることができ、システムに必要な構成物の簡略化及び低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るトンネル覆工面の平面図作成システムを、半円状の入口のトンネルで使用する場合を示す斜視図。
【図２】同システムの撮影部の撮影範囲、中央ライン、境界ラインの位置関係を示す説明図。
【図３】同システムの撮影部の撮影位置を示す説明図。
【図４】トンネル覆工面の平面図作成システムのブロック図。
【図５】撮影処理のフローチャート。
【図６】同システムの撮影部において撮影されたトンネル内の画像に一対の周方向ライン、中央ライン、境界ラインを描いた図。
【図７】平面図作成システムの画像処理プログラムのメインルーチンのフローチャート。
【図８】第１ライン描画処理のサブルーチンのフローチャート。
【図９】第１画像処理のサブルーチンのフローチャート。
【図１０】ラインで囲まれた閉領域を矩形に変形する処理の原理を示す説明図。
【図１１】矩形に変形後の閉領域の画像。
【図１２】第２ライン描画処理のサブルーチンのフローチャート。
【図１３】矩形に変形後の閉領域の画像にグリッドラインを描くと共に、グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データを入力欄に入力した状態を示す図。
【図１４】第２画像処理のサブルーチンのフローチャート。
【図１５】各四角形のデータを実寸に比例する矩形に変形する原理を示す説明図。
【図１６】矩形に変形後の画像。
【図１７】矩形に変形後の画像を並べてトンネル覆工全面画像の平面図を合成した図。
【図１８】第３画像処理のサブルーチンのフローチャート。
【図１９】断面が略矩形のトンネルの入口の斜視図。
【図２０】同トンネルの内壁を、当該走行方向に直交する向きから撮影した画像。
【図２１】ラインに囲まれた閉領域の矩形に変形後の画像。
【図２２】同矩形に変形後の画像にグリッドラインを描くと共に、当該グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データを入力欄に入力した状態を示す図。
【図２３】各四角形のデータを実寸に比例する矩形に変形した後の画像。
【図２４】矩形に変形後の画像からトンネル覆工全面画像の平面図を合成した図。
【図２５】作成されたトンネル覆工全面画像の平面図と、断面略矩形のトンネルの該当部分との対応関係を示す説明図。
【図２６】断面が半円状のトンネル内壁を撮影するための従来の撮影車を示す。
【図２７】従来の撮影車による動画撮影の結果、得られるトンネル覆工全面画像の平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るトンネル覆工面の平面図作成システムでは、１個のデジタルスチルカメラを有する撮影部が、トンネル内を、その走行方向に沿って移動しながら反対側車線の内壁面を撮影する。システムの画像処理部は、撮影された静止画像の画像データを歪の無い矩形の画像の画像データに変えて平面図を作成する。画像処理部は、メタルフォームを用いて造られたトンネル内に確認されるグリッド状のラインを利用して正規化処理を用いる簡単な処理で歪んだ画像を矩形の画像に変形する。システムの画像処理部は、コンピュータで画像処理プログラムを実行することにより実現され、トンネル内の走行方向に沿う複数の場所で、当該走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて連続撮影された、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像の内、両端に重なっている部分のある静止画像に対し、重なっている部分に一対の周方向ラインを描く第１ライン描画部と、一対の周方向ラインによって区画される閉領域の画像を抽出し、閉領域が矩形になるように画像の縦横方向の正規化を行う第１画像処理部と、第１画像処理部によって生成された矩形の静止画像に、グリッド状のラインに沿うグリッドラインを描くと共に、当該グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データの入力を受ける第２ライン描画部と、各四角形を実寸に比例する矩形に変形する第２画像処理部と、第２画像処理部によって得られた矩形の静止画像を合わせてトンネル覆工面の平面図を作る第３画像処理部とを含む。当該構成を採用することにより、撮影部のレンズ性能や、撮影場所のバラツキによらず、トンネル内の壁面の静止画を直前に撮影された画像と端の部分が重なるように、略画角と同じ間隔を開けて複数撮り、集め、処理することによりトンネル覆工面の平面図が作れる。内壁を動画撮影する場合に比べて、平面図を作成するのに必要な処理データ量を大幅に低減することができる。
【００１６】
本発明に係るトンネル覆工面の平面図作成システムの構成及び実施する画像処理内容について、出入口（坑口）が半円状のトンネルの平面図を作成する場合について、添付図面を参照しつつ説明する。その後、本システムの汎用性を証明するため、ボックスカルバート製法で造られた出入口が略矩形のトンネルに本発明のシステムを用いた場合について説明する。
【００１７】
図１に示すように、トンネル１００の内壁１０１の平面図を作成するトンネル覆工面の平面図作成システム１は、内壁１０１を撮影するための撮影部２と、撮影された静止画像の画像データを処理してトンネル覆工全面画像の平面図を作成する画像処理部３と、作成された平面図の画像を表示又は印刷する出力部４とを含む。
【００１８】
トンネル１００は、入口の断面が半円形のトンネルである。トンネル１００の走行方向に直交する向きのラインを周方向ライン１０２、１０３、１０４、１０５と示し、撮影部２の撮影範囲内にあり、かつ、天井中央部分１２０を静止画像の画角の広がり方向に少し超えた位置で走行方向に沿うラインを中央ライン１０６と示し、路面１５０と内壁１０１との境界１２２近傍に設けたラインを境界ライン１０７と示す。
【００１９】
システム１は、主に内壁１０１に等間隔（約１０．５ｍ間隔）で周方向にコンクリートの境界線を有し、天井中央部分が解るように、例えば天井中央部分に境界線がある場合だけでなく、中央部分から周方向に等しい距離だけ離れた位置に走行方向に沿う一対の境界線を有しており、この一対の境界線から中央部分が分かるトンネル内で使用することを想定している。システム１では、周方向ライン１０２〜１０５、中央ライン１０６、境界ライン１０７は、ユーザが撮影した画像をディスプレイ上で確認して自ら定めることができるように構成されている。
【００２０】
図２は、撮影部２がトンネル１００の内壁１０１を撮影する範囲、中央ライン１０６、境界ライン１０７の位置関係を示す。図示するように、中央ライン１０６は、両矢印１２１で示す範囲、即ち、トンネル１００の天井中央部分１２０を静止画像の画角の広がり方向に超えた位置から、撮影範囲の端の位置までの範囲に設ける。このように設けるのは、トンネル１００内の走行車線反対側から反対側の内壁を撮影して得られる静止画像と天井中央部分１２０において重なり領域を設けることで、欠けている部分を無くすためである。境界ライン１０７は、両矢印１２３で示す範囲、即ち、トンネル１００内の路面及び内壁１０１の境界１２２近傍の位置から、撮影範囲の端の位置までの範囲に設ける。このように設けるのは、境界１２２近傍は路面に近い部分で、反対側の内壁を撮影して得られる静止画像とは重ねる必要のない箇所で、かつ、天井部分のひび割れ調査を目的とする平面図には、境界１２２を静止画像の画角の広がり方向に越えなければならないといった要請が無いからである。
【００２１】
図３は、撮影部２が内壁１０１を撮影する際の幅方向の位置関係を示す。撮影部２は、トンネル１００内の走行方向に沿う複数の箇所で、走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像を端の部分が重なるように、即ち、目視確認できる周方向にのびているコンクリートの境界線を含み、同一の周方向ラインを描くことができるように、略画角と同じ間隔を開けて内壁１０１を連続撮影し、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像を取得する。図示するように、トンネルの入口を含む静止画像については、入口近傍位置に設けた周方向ライン１０２と、これから間隔（約１０．５ｍ）を開けて現れる周方向のコンクリートの境界線に沿って描かれる周方向ライン１０３とを含む範囲を撮影する。次の静止画像は、周方向ライン１０３と、これから間隔（約１０．５ｍ）を開けて現れる周方向のコンクリートの境界線に沿って描かれる周方向ライン１０４とを含む範囲を撮影する。このように、直前に撮影された画像の端の周方向ラインと、間隔を開けて次に現れる周方向のコンクリートの境界線に沿って描かれる周方向ラインとを含むように次の静止画像の撮影を行う。トンネルの出口を含む静止画像については、直前に撮影された画像の端の周方向ライン１０４と、出口近傍位置に設けた周方向ライン１０５とを含む範囲を撮影する。システム１は、上記のように撮影された静止画像を処理して平面図を作成する。システム１は、要求される平面図の内容によっては、入口及び出口を含む静止画像について処理対象外とする場合もある。システム１では、上記撮影範囲の条件が満たされていれば、レンズの仰角が多少ずれたり、撮影部２による撮影位置と内壁との距離が変わったり、レンズの種類によって画像に歪が出たりしても、良好な結果を得ることができた。図２６に示した従来の撮影車が、内壁と複数の撮影装置との距離を一定に保つため円弧状のフレームを使用し、撮影角度により生じる画像の歪み、走行路面による振動等に対して敏感であったのに比して、この撮影部２の撮影位置に対する許容度の高さ等は、システム１の有利な点である。
【００２２】
図４は、撮影部２と、画像処理部３と、出力部４とで構成されているトンネル覆工面の平面図作成システム１のブロック図を示す。
【００２３】
撮影部２は、例えば撮影した画像データを一時保存するメモリを内蔵している１個のデジタルスチルカメラ２ａで、画像処理部３に接続された時、画像データを撮影順に画像処理部３へ出力する機能を有するものである。または、画像処理部３に有線又は無線により常時データ送信可能に接続されている場合、操作部２のデータ送信ボタン（図示せず）の押下に応じて、画像データを撮影順に画像処理部３に出力する機能を有する。前記データ送信ボタンはシャッターボタンである場合を含む。このデジタルスチルカメラ２ａを用いて、トンネル１００内の走行方向に沿う複数の場所で、走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて静止画像を複数連写する。この静止画像のトンネル覆工面には、グリッド状のラインを有する。
【００２４】
なお、デジタルスチルカメラの代わりに、撮影した動画データを一時保存する記録部を備えているデジタルカムコーダの内、静止画像をキャプチャして画像データを出力する機能を有するものであれば使用可能である。
【００２５】
レンズ性能としては、例えば周方向ライン１０２と周方向ライン１０３、周方向ライン１０３と周方向ライン１０４のように、隣り合う一対の周方向ラインと、中央ライン１０６と、境界ライン１０７とで囲まれた閉領域を含む範囲を撮影できる画角のレンズであることが求められる。なお、周方向ラインは、メタルフォームを用いてトンネルを作った場合にほぼ等間隔で現れるコンクリートの周方向にのびている境界線を用いる。撮影後にシステムユーザが画像処理部３のディスプレイ３ｇで画像を見たときに、この境界線以外に、例えば壁に貼り付けられた矩形のタイル等、目視確認できる程度に内壁にグリッド状のラインが現れていれば、当該グリッド状のラインを周方向ラインとして使うこともできる。
【００２６】
画像処理部３は、コンピュータ読み取り可能な画像処理プログラムを実行するパーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ等である。画像処理部３は、ＣＰＵ３ａと、画像処理プログラム及びＯＳプログラム等を記録しているＲＯＭ３ｂと、ワーク領域のＲＡＭ３ｃと、入力手段としてキーボード３ｄ及びマウス３ｅと、ＳＳＤ、ＨＤＤ等の記憶部３ｆと、ディスプレイ３ｇとで構成されている。
【００２７】
出力部４は、例えば大型の外部ディスプレイ４ａとプリンター４ｂとを含む。
【００２８】
上記構成において、まず、平面図を作成するための静止画像の画像データを用意する。図５は、静止画像の撮影手順を示すフローチャートである。図１に示すように、トンネル１００内の走行方向に沿う複数の場所で、走行方向に直交する向きから内壁１０１を撮影部２によって撮る（ステップＳ１）。この際、撮影部２は、周方向ラインだけでなく、中央ライン１０６、境界ライン１０７を含む領域を撮影する。図６は、実際に撮影した静止画像１０８を示す。
【００２９】
直前に撮影した画像に含まれている一方の周方向ラインが次に撮影する画像に含まれるように、例えば直前の画像に周方向ライン１０２及び１０３が含まれているとき、次の画像に周方向ライン１０３が含まれるように撮る（ステップＳ２）。これを定めた位置まで繰り返す（ステップＳ３でＮｏ）。図１に示す一対の周方向ライン１０２及び１０３を含む画像、周方向ライン１０３及び１０４を含む画像、周方向ライン１０４及び１０５を含む画像を撮り終えた場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、反対側から見た撮影が未だの場合（ステップＳ４でＮｏ）、反対側から撮影する（ステップＳ１〜Ｓ３）。両側の内壁の撮影が完了した場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、撮影部２のデータ送信ボタン（図示せず）の押下に応じて、画像処理部３へ記録した画像データの出力を行う（ステップＳ５）。
【００３０】
図７は、ＣＰＵ３ａが実行する画像処理プログラムのメインルーチンのフローチャートである。画像処理プログラムの実行により、まず、撮影部２からの静止画像データを受け取るデータ受取処理を実行する（ステップＳ１０）。このデータ受け取り処理は、図５のステップＳ５の処理に対応する処理で、撮影部２によって撮影された画像データを受け取り、記憶部３ｆに記憶する。
【００３１】
次に、受け取った画像データの一対の周方向ライン、さらに、設定されている場合には中央ライン及び境界ラインで囲まれる閉領域の画像を、平面図作成用に矩形の所望のサイズ（実寸に対する予め定めた倍率）の画像に変形する処理を行う。まず、受け取った静止画像データに対し、第１ライン描画処理（ステップＳ２０）、第１画像処理（ステップＳ３０）、第２ライン描画処理（ステップＳ４０）、第２画像処理（ステップＳ５０）を実行する。隣の次の画像データがある場合には（ステップＳ６０でＮｏ）、上記ステップＳ２０に戻り、全ての画像データの処理が終了するまでステップＳ２０〜Ｓ５０の処理を繰り返し実行する。全ての画像データの処理完了に伴い（ステップＳ６０でＹｅｓ）、第３画像処理（ステップＳ７０）を実行し、矩形の所望のサイズに変形された画像を並べ替えて、トンネル覆工面の平面図を作成する。作成した平面図を大型ディスプレイ４ａやプリンター４ｂに出力する処理（ステップＳ８０）を実行する。各処理の実行は、画像処理部３のキーボード３ｄ、マウス３ｅの操作により行う。また、タッチパネル式のタブレットコンピュータでの実施を考慮してディスプレイ３ｇに表示する実行ボタン（図示せず）の押下に応じて各処理を実行する。
【００３２】
図８は、第１ライン描画処理（ステップＳ２０）のサブルーチンのフローチャートである。この処理実行時、画像処理部３は、第１ライン描画処理部として機能する。第１ライン描画処理では、トンネル１００内の走行方向に沿う複数の場所で、走行方向に直交する向きから、直前に撮影された画像と端の部分が重なるように間隔を開けて連続撮影された、覆工面にグリッド状のラインを有する複数の静止画像の内、両端に重なっている部分のある静止画像に対し、両側の重なっている部分にある周方向の境界線に沿って一対の周方向ラインを描く処理を行う。また、トンネル１００の入口を含む静止画像と出口を含む静止画像については、一対の周方向ラインとして、入口又は出口近傍にあらわれている周方向の境界線に沿って周方向ラインを描き、他方の重なっている部分にある周方向の境界線にもう一方の周方向ラインを描く処理を行う。さらに、トンネル１００の天井中央部分を静止画像の画角の広がり方向に少し超えた位置で走行方向に沿う中央ライン１０６を描き、路面と内壁との境界近傍に境界ライン１０７を描く。
【００３３】
まず、静止画像の画像１０８をディスプレイ３ｇに表示する（ステップＳ２１）。ＣＰＵ３ａは、キーボード３ｄ及びマウス３ｅの操作によって、ディスプレイ３ｇに表示されている画像にラインを描画する機能を有している。この機能により、ユーザによる一対の周方向ラインの描画（ステップＳ２２）と、中央ライン１０６の描画（ステップＳ２３）と、境界ライン１０７の描画（ステップＳ２４）とを行う。一対の周方向ラインの描画、中央ラインの描画、境界ラインの描画の順序は種々変更できる。ラインの描画は、周知の直線及び曲線描画ツールを用いて行う。キーボード３ｄ、マウス３ｅの他には、ペン型のポイントィングデバイス等を用いてもよい。周知のエッジ認識処理により自動で内壁１０１に現れているラインを認識し、認識したラインの内、必要なラインをユーザにより選択及び修正可能とする構成を採用してもよい。前述したように、トンネルの入口を含む静止画像と出口を含む静止画像については、一対の周方向ラインとして、入口又は出口近傍に周方向ラインを描き、他方の重なっている部分にもう一方の周方向ラインを描く。
【００３４】
描画処理の終了に伴う、キーボード３ｄ、マウス３ｅの操作に応じて、又はタッチパネル式のディスプレイの場合には当該ディスプレイに表示している実行ボタンの押下に応じて（ステップＳ２５でＹｅｓ）、メインルーチンヘリターンする。
【００３５】
システム１は、主に内壁１０１に等間隔で周方向にコンクリートの境界線を有し、天井中央部分が分かるようなコンクリートの境界線を有しているトンネル内で使用することを想定している。故に、上記ステップＳ２１においてディスプレイに画像を表示する際、周知のエッジ検出技術を用いて自動的に周方向ライン、中央ライン、境界ラインを描き、強調表示するようにしてもよい。この場合、ユーザによる誤操作を減少することができる。図６には、この第１ライン描画処理によって描かれた周方向ライン、中央ライン、境界ラインを太線で示してある。実施形態としては、太線で表すほか、壁面とは異なる赤色等のラインを用いて表してもよい。
【００３６】
図９は、第１画像処理（ステップＳ３０）のサブルーチンのフローチャートである。この処理実行時、画像処理部３は、第１画像処理部として機能する。第１画像処理では、第１ライン描画処理での処理終了に応じて（図８のステップＳ２５でＹｅｓ）、各静止画像に描いた一対の周方向ライン、中央ライン、境界ラインによって区画される閉領域の画像を抽出し、閉領域が矩形になるように画像の縦横方向の正規化を行う。中央ライン及び境界ラインが描画されなかった場合、撮影部２の画角の端、即ち上部辺及び下部辺の部分に設けられたとみなし、一対の周方向ラインに挟まれた閉領域の画像を抽出し、閉領域が矩形になるように画像の横方向の正規化を行う。
【００３７】
まず、周方向ライン、中央ライン、境界ラインで囲まれた閉領域１０９の画像データを、周知のトリミング処理によって抽出する（ステップＳ３１）。続けて、閉領域１０９が矩形になるように画像の縦横方向の正規化（ステップＳ３２）を行い、処理後の画像をディスプレイ３ｇに表示した後に、メインルーチンにリターンする。
【００３８】
正規化処理では、まず、中央ライン１０６又は境界ライン１０７を水平軸に定める。撮影部２は人が手に持ってトンネルの内壁１０１を撮影する場合が多く、レンズの歪特性等を考慮すると、境界ライン１０７の方が直線に撮れていることが多いと考えられる。本例では、境界ライン１０７を水平軸とする。境界ライン１０７が水平になるように閉領域の画像を回転させる。この回転処理は求められる平面図の精度によっては省略してもよい。次に、閉領域が内接する矩形を定め、閉領域の縦横のデータが、矩形の縦横ラインに揃うように、正規化処理を行う。縦横方向の正規化は、横向きのデータ幅及び縦向きのデータ幅を、各々の向きにおいて、閉領域内で最も長いデータ幅、最も短いデータ幅、または、予め定めた目標データ幅に揃えることにより行う。最も長いデータ幅に合すのが画質の劣化が少ないので好ましい。図１０は、中央ライン１０６、境界ライン１０７が平行に並んでおり、周方向ライン１０３、１０４が図示するように湾曲している場合の閉領域１０８の一例を示す。正規化処理によって、図中に示す矢印Ａ、矢印Ｂ方向に各ラインのデータ長を補完して揃える。図１１は、図６に示した画像１０８内の閉領域１０９を矩形に変形した状態を示す。
【００３９】
図１２は、第２ライン描画処理（ステップＳ４０）のサブルーチンのフローチャートである。この処理実行時、画像処理部３は、第２ライン描画処理部として機能する。トンネル１００の内壁１０１には、トンネル製造時にメタルフォームを使用して打設されたコンクリートの表面に残るメタルフォームを形成する金属型枠の跡がグリッド状のラインとして残っている。第２ライン描画処理では、第１画像処理によって生成された矩形の静止画像に、グリッド状のラインに沿うグリッドラインを描くと共に、グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データの入力を受ける。
【００４０】
まず、第１画像処理によって生成された矩形の静止画像の表示されているディスプレイ３ｇに基づいて、内壁１０１に現れているグリッド状のラインに沿うグリッドラインを描く処理を受け付ける（ステップＳ４１）。ＣＰＵ３ａは、ステップＳ４１で描かれたグリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データの入力欄をディスプレイ３ｇに表示し、数値入力を受け付ける（ステップＳ４２）。キーボード３ｄ、マウス３ｅの操作に応じて、又はタッチパネル式のディスプレイの場合には当該ディスプレイに表示している実行ボタンの押下に応じて、数値入力の受付を終了し（ステップＳ４３でＹｅｓ）、メインルーチンにリターンする。
【００４１】
図１３は、図１１に示した矩形に変形後の閉領域１０９に対し、第２ライン描画処理を実行して全入力欄に数値入力を受け付けた状態を示す。なお、実寸データは、現場で実測してもよいが、メタルフォームを用いて造られたトンネル１００では、内壁１０１に現れている当該メタルフォームに起因するグリッドラインの寸法は、既知（例えば１ブロックが３０ｃｍ×１５０ｃｍ）であり、この情報を使えば非常に簡易に実寸データを得ることができる。
【００４２】
図１４は、第２画像処理（ステップＳ５０）のサブルーチンのフローチャートである。この処理実行時、画像処理部３は、第２画像処理部として機能する。第２画像処理では、第２ライン描画処理の終了に応じて（図１２のステップＳ４３でＹｅｓ）、グリッドラインによって区画される各四角形を縦横方向の実寸に比例する矩形に変形する。
【００４３】
まず、縦横方向のデータ長を、第２ライン描画処理によって入力された実寸データの値に基づいて補完して延ばす処理を行う（ステップＳ５１）。図１５は、当該処理の内容を図解している。矩形に変形された閉領域１０９に現れているグリッドラインの上下方向の長さは、撮影場所から見た見かけ上の長さを表している。この縦方向のデータ長を実寸データの値に基づいて補完し、処理後の閉領域１０９を閉領域１１０と表す。図１６は、ステップＳ５１の処理後にディスプレイ３ｇに表示される閉領域１１０を示す。
【００４４】
次に、図１７に示すように、ステップＳ５１の処理後の画像を集めて平面図を作成するときのために、縦横比率は保ったままで、幅方向のデータ量をある基準値に揃えるリサイズ処理を実行し、撮影順序、即ち、トンネル１００の走行方向に沿う配置関係と共に、記憶部３ｆに記憶（ステップＳ５２）した後にメインルーチンにリターンする。リサイズ処理は、縦横比率は保ったままで、幅方向のデータ量を実寸×１倍、または実寸×０．５倍等の予め定めた倍率に合わせる処理を行う。リサイズ処理を行うことにより、第２画像処理後の画像データは、隣り合う画像相互のマッチング処理、即ち位置合わせを容易に行うことができる。
【００４５】
図１８は、第３画像処理（ステップＳ７０）のサブルーチンのフローチャートである。図７に示したように、第３画像処理は、全ての静止画像に対して第１ライン描画処理（ステップＳ２０）、第１画像処理（ステップＳ３０）、第２ライン描画処理（ステップＳ４０）、第２画像処理（ステップＳ５０）を施した後に（ステップＳ６０でＹｅｓ）、実行される。この処理実行時、画像処理部３は、第３画像処理部として機能する。第３画像処理では、第２画像処理によって得られた矩形の静止画像を合わせて図１７に示すようなトンネル覆工面の平面図を作る。
【００４６】
説明の便宜上、トンネル１００内が両面通行の道路とする。記憶部３ｆには、対向する走行車線毎に、画像処理後の閉領域１１０の画像データが、撮影順序に基づく配置関係と共に記憶されている。これらの画像データに、平面図を作成するため、平面図上のアドレスを指定する（ステップＳ７１）。全ての画像データに、アドレス指定完了した場合には（ステップＳ７２でＹｅｓ）、ＣＰＵ３ａは、記憶部３ｆから画像データを読みだして、トンネル覆工面の平面図を作る（ステップＳ７３）。詳しくは、第２画像処理後の画像の内、走行方向に沿って並ぶ画像は、その配置関係の情報に基づいて順に並べ、反対向きに走行方向に沿って並ぶ画像は、１８０度回転した後に、その配置関係の情報に基づいて順に並べる。隣り合う画像間の細かな位置合わせは、画像の実寸に対する倍率を揃えてあるので、周知のパターンマッチング処理により自動で行う。周方向ラインは、天井中央部分を画角方向に超えた位置に設けてあるので、各画像は天井中央部分で重なる。１つの画像に組み立てられた画像データを記憶部３ｆに記録し（ステップＳ７４）、メインルーチンにリターンする。
【００４７】
以上の処理を実行することによって、たった一つのデジタルスチルカメラを用いて、トンネル内の壁面の静止画を撮影部の画角と略同じだけの間隔を開けて複数撮り、集め、処理することにより、精度よく、トンネル内の平面図を作成することができる。トンネル覆工面の平面図作成システム１は、トンネル１００の内壁１０１からの距離を均一にするため円弧状のフレームに複数の撮影装置を取り付けた撮影車を不要にし、かつ、システムに要求される記憶部の容量を、動画データを記憶する場合に比べて大幅に少なくすることができ、システムに必要な構成物の簡略化及び低コスト化を図ることができる。また、撮影部２のレンズ性能や、撮影箇所のバラツキによらず、簡単な画像処理によって、精度よく、画像の継ぎ目ノイズの少ない平面図を作成することができる。
【００４８】
なお、システム１では、撮影部２は、円周方向に沿って内壁を周方向ラインおよび境界ラインを含む範囲を撮影すればよく、周方向に沿って複数に分けて撮る必要は無い。システム１では、撮影レンズの特性、及びトンネル内壁までの距離の変化に起因して生じる画像の歪を簡単な画像処理により補正して平面図を作るので、図２６の従来例に示したような、トンネルの内壁面からの距離を均一にするため円弧状のフレームに複数の撮影装置を取り付けた撮影車を不要にし、かつ、システム１で要求される記憶部の容量を少なくすることができ、システムに必要な構成物の簡略化及び低コスト化を図ることができる。
【００４９】
（他のトンネルへの応用例）
システム１は、入口が半円状のトンネルに限って使用可能なシステムでは無く、ボックスカルバートを用いて造られた出入口（坑口）が略矩形のトンネルでも使用可能である。図１９は、ボックスカルバートを用いて造られたトンネル２００の入口付近の斜視図である。
【００５０】
図２０は、トンネル２００の内壁２０１を一方の走行車線側から、走行方向に垂直な向きから撮った静止画像を示す。前述の手順に従い、画像処理部３は、撮影部２から画像データを受け取り（図７、ステップＳ１０）、受け取った当該静止画像をディスプレイ３ｇに表示し（図８、ステップＳ２１）、一対の周方向ライン２０２、２０３の描画を受け付ける（図８、ステップＳ２２）。図２０において、描画された周方向ライン２０２、２０３は、太線で示す。本図において中央ライン及び境界ラインは、設定していない。この場合、中央ライン及び境界ラインは、静止画像上下の端、即ち上部辺及び下部辺に設定されたものとみなし、処理を続ける。
【００５１】
図２１は、中央ラインを上部辺、境界ラインを下部辺に設定したとみなした場合において、周方向ライン２０２、２０３で囲まれた閉領域２０４を矩形に変形する処理（図９、ステップＳ３２）を実行した後の画像を示す。
【００５２】
図２２は、矩形に変形後の閉領域２０４内に現れているグリッド状のラインに基づいてグリッドラインを描き（図１２、ステップＳ４１）、当該グリッドラインによって区画される各四角形の縦横方向の実寸データの入力欄をディスプレイ３ｇに表示し、数値入力を受けた（図１２、ステップＳ４２）後の状態を示す。
【００５３】
図２３は、縦方向のデータ長を実寸データの値に基づいて補完した（図１４、ステップＳ５１）後の閉領域２０４を示す。図２４に示すように、補完処理後の閉領域２０４の画像データを、平面図を作成するときのために、横方向、即ち幅方向のデータ量をある基準値に揃えるリサイズ処理を実行し、撮影順序、即ち、トンネル１００の走行方向に沿う配置関係と共に、記憶部３ｆに記憶する（図１４、ステップＳ５２）。
【００５４】
図２５は、上記処理により作られた平面図を上側に示し、下側にトンネル２００の断面形状を示す。上側の平面図と、下側のトンネル２００の断面図の各部の対応関係を点線で表している。このように、システム１は、入口の断面が半円状のトンネル１００だけでなく、入口の断面が略矩形のトンネル２００においても、精度よく平面図を作成できる。
【００５５】
なお、本発明のシステム１は、説明した実施形態に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、撮影部２による撮影手順は、一方の走行車線側から、反対側の車線側の内壁を撮影した後に、他方の走行車線側から反対側の車線側の内壁を撮影する方法を採用しているが、例えば、広角レンズを用いて、走行車線の中央分離のラインから両側の内壁を撮影する方法を採用してもよい。例えば３６ｍｍ×２４ｍｍのフルサイズ撮像素子を用いるデジタルスチルカメラの場合、焦点距離１６ｍｍ（水平画角９６．７度、垂直画角７３．７度）のレンズを使えば、内壁１０１面から５ｍ離れた位置での撮影範囲は１１．２ｍ×７．５ｍ、１０ｍ離れた位置での撮影範囲は２２．５ｍ×１５ｍとなる。このように、２車線対向、合計４車線の道路が走るトンネルの場合、地面に近い位置から仰角４５度〜６０度程度の角度で写真を撮影すれば、天井の中央ラインを含む画像は十分撮れる。そして、この場合でも、図１４に示したステップＳ５２において、撮影順序、即ち、トンネル１００の走行方向に沿う配置関係と共に、記憶部３ｆに記憶するので、図１８に示した第３画像処理（ステップＳ７０）の実行により、平面図を作成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のトンネル覆工面の平面図作成システム１は、人及び車の通るトンネルに限らず、等間隔で内壁を撮影する手段が通行可能であれば、断面サイズの小さな水路等でも使用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１      システム
２      撮影部
３      画像処理部
３ａ    ＣＰＵ
３ｂ    ＲＯＭ
３ｃ    ＲＡＭ
３ｄ    キーボード
３ｅ    マウス
３ｆ    記録部
３ｇ    ディスプレイ
４      出力部
１００、２００  トンネル
１０１、２０１  内壁
１０２、１０３、１０４、１０５、２０２、２０３  周方向ライン
１０８、１０９、２０４  閉領域
１０６  中央ライン
１０７  境界ライン
１２０  天井中央部分
１２２  路面及び壁面の境界
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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