(57)【要約】      （修正有）【課題】検査対象表面の温度分布に基づいて検査対象内部の欠陥を検出するサーモグラフィ法において、検査対象表面の温度分布が検査対象の加熱によって得られる場合の欠陥検出の精度をより向上させることができる欠陥検出装置及び欠陥検出方法を提供する。【解決手段】欠陥検出装置１は、加熱部１０１と、熱画像取得部１１２と、差分画像生成部１１３と、欠陥判定部１１４とを持つ。加熱部は検査対象を加熱する。熱画像取得部は、加熱後の前記検査対象の表面温度を示す熱画像を時系列に取得する。差分画像生成部は、前記熱画像間の差分に基づいて表される差分画像を時系列に複数生成する。欠陥判定部は、複数の前記差分画像の各画素が示す温度差の大きさに基づいて、前記検査対象内部に存在する欠陥を検出する。【選択図】図２
2017227606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象を加熱する加熱部と、
加熱後の前記検査対象の表面温度を示す熱画像を時系列に取得する熱画像取得部と、
前記熱画像間の差分に基づいて表される差分画像を時系列に複数生成する差分画像生成部と、
複数の前記差分画像の各画素が示す温度差の大きさに基づいて、前記検査対象内部に存在する欠陥を検出する欠陥判定部と、
を備える欠陥検出装置。
【請求項２】
前記欠陥判定部は、ある差分画像において第１の温度差を示す第１画素と前記第１の温度差よりも大きな温度差である第２の温度差を示す第２画素とが存在し、前記差分画像よりも後の差分画像において前記第１画素が前記第２画素よりも大きな温度差を示している場合に、前記第１画素によって表される領域を、その内部に欠陥を有する欠陥部として判定する、
請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項３】
差分画像の各画素が示す温度差の分布に基づいて、内部に欠陥を有する可能性のある被疑部位の特徴を示す特徴情報を前記差分画像から抽出する特徴抽出部をさらに備え、
前記欠陥判定部は、前記特徴情報に基づいて検査対象表面の被疑部位を特定し、前記被疑部位の各画素が示す温度差と、前記被疑部位以外の各画素が示す温度差との大小関係が、前記差分画像よりも後の差分画像において逆転している場合に、前記被疑部位を前記欠陥部として判定する、
請求項１又は２に記載の欠陥検出装置。
【請求項４】
前記特徴抽出部は、前記熱画像の各画素が示す温度差の分布に基づいて、前記熱画像から特徴情報を抽出し、
前記欠陥判定部は、前記熱画像から抽出された特徴情報に基づいて検査対象表面の被疑部位を第２被疑部位として特定し、前記差分画像から抽出された特徴情報に基づいて特定された被疑部位を第１被疑部位とし、前記第１被疑部位と同様の方法で前記第２被疑部位が欠陥部であるか否かを判定し、前記第１被疑部位が前記第２被疑部位に一致し、かつ前記第１被疑部位及び第２被疑部位の両方が欠陥部であると判定された場合に、前記第１被疑部位を欠陥部であると最終的に判定する、
請求項３に記載の欠陥検出装置。
【請求項５】
前記差分画像生成部は、前記熱画像間の差分によって表される第１差分画像の各画素値から、前記第１差分画像全体の画素値の平均を減算することで得られる第２差分画像を前記差分画像として生成する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の欠陥検出装置。
【請求項６】
検査対象を加熱する加熱ステップと、
加熱後の前記検査対象の表面温度を示す熱画像を時系列に取得する熱画像取得ステップと、
前記熱画像間の差分に基づいて表される差分画像を時系列に複数生成する差分画像生成ステップと、
複数の前記差分画像の各画素が示す温度差の大きさに基づいて、前記検査対象内部に存在する欠陥を検出する欠陥判定ステップと、
を有する欠陥検出方法。
【請求項７】
前記欠陥判定ステップでは、ある差分画像において第１の温度差を示す第１画素と前記第１の温度差よりも大きな温度差である第２の温度差を示す第２画素とが存在し、前記差分画像よりも後の差分画像において前記第１画素が前記第２画素よりも大きな温度差を示している場合に、前記第１画素によって表される領域を、その内部に欠陥を有する欠陥部として判定する、
請求項６に記載の欠陥検出方法。
【請求項８】
差分画像の各画素が示す温度差の分布に基づいて、内部に欠陥を有する可能性のある被疑部位の特徴を示す特徴情報を前記差分画像から抽出する特徴抽出ステップをさらに有し、
前記欠陥判定ステップでは、前記特徴情報に基づいて検査対象表面の被疑部位を特定し、前記被疑部位の各画素が示す温度差と、前記被疑部位以外の各画素が示す温度差との大小関係が、前記差分画像よりも後の差分画像において逆転している場合に、前記被疑部位を前記欠陥部として判定する、
請求項６又は７に記載の欠陥検出方法。
【請求項９】
前記特徴抽出ステップでは、前記熱画像の各画素が示す温度差の分布に基づいて、前記熱画像から特徴情報を抽出し、
前記欠陥判定ステップでは、前記熱画像から抽出された特徴情報に基づいて検査対象表面の被疑部位を第２被疑部位として特定し、前記差分画像から抽出された特徴情報に基づいて特定された被疑部位を第１被疑部位とし、前記第１被疑部位と同様の方法で前記第２被疑部位が欠陥部であるか否かを判定し、前記第１被疑部位が前記第２被疑部位に一致し、かつ前記第１被疑部位及び第２被疑部位の両方が欠陥部であると判定された場合に、前記第１被疑部位を欠陥部であると最終的に判定する、
請求項８に記載の欠陥検出方法。
【請求項１０】
前記差分画像生成ステップでは、前記熱画像間の差分によって表される第１差分画像の各画素値から、前記第１差分画像全体の画素値の平均を減算することで得られる第２差分画像を前記差分画像として生成する、
請求項６から９のいずれか一項に記載の欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、欠陥検出装置及び欠陥検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルやビル等の構造物においてコンクリート等の内部空隙（以下、「欠陥」という。）を検査する方法の１つに打音検査がある。打音検査は、検査対象を叩くことにより発生する打撃音の特性に基づいて構造物の欠陥を検査する方法である。また、打音検査の他、検査対象の欠陥を非接触で検査することが可能なサーモグラフィ法等の検査方法も実用化されている。サーモグラフィ法は、正常部と欠陥部との熱伝導率の違いから欠陥の有無や位置を検査する方法である。具体的には、サーモグラフィ法では、検査対象が撮像された熱画像が示す検査対象表面の温度分布に基づいて欠陥の有無や位置が判定される。
【０００３】
サーモグラフィ法の一つに、検査対象の加熱によって検査対象表面の温度分布を積極的に変化させて観測するアクティブ方式がある。アクティブ方式には、検査時間を短縮できるというメリットがある一方で、加熱むらが生じやすいというデメリットがある。アクティブ方式では、この加熱むらによって、正常部を誤って欠陥部と判定してしまう可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２４０８０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１７４５１１号公報
【特許文献３】特開２００３−１８５６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、検査対象表面の温度分布に基づいて検査対象内部の欠陥を検出するサーモグラフィ法において、検査対象表面の温度分布が検査対象の加熱によって得られる場合の欠陥検出の精度をより向上させることができる欠陥検出装置及び欠陥検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の欠陥検出装置は、加熱部と、熱画像取得部と、差分画像生成部と、欠陥判定部とを持つ。加熱部は検査対象を加熱する。熱画像取得部は、加熱後の前記検査対象の表面温度を示す熱画像を時系列に取得する。差分画像生成部は、前記熱画像間の差分に基づいて表される差分画像を時系列に複数生成する。欠陥判定部は、複数の前記差分画像の各画素が示す温度差の大きさに基づいて、前記検査対象内部に存在する欠陥を検出する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の欠陥検出装置１の適用例を示す図。
【図２】第１の実施形態の欠陥検出装置１の機能構成の具体例を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態における差分画像の具体例を示す図。
【図４】第１の実施形態の欠陥検出装置１による欠陥検出処理の流れを示すフローチャート。
【図５】第１の実施形態における欠陥判定処理の流れを示すフローチャート。
【図６】第１の実施形態において、欠陥部の画素値に見られる相関性を説明する図。
【図７】第１の実施形態において、欠陥部の画素値に見られる相関性を説明する図。
【図８】第１の実施形態において、第１期間と第２期間との間で欠陥部の平均差分値の符号が逆転する様子を示した図。
【図９】第２の実施形態の欠陥検出装置１ａの機能構成の具体例を示すブロック図。
【図１０】第２の実施形態における欠陥判定処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】第２の実施形態における濃度共起行列計算の具体例を示す図。
【図１２】第３の実施形態の欠陥検出装置１ｂの機能構成の具体例を示すブロック図。
【図１３】第３の実施形態における欠陥判定処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の欠陥検出装置及び欠陥検出方法を、図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の欠陥検出装置１の適用例を示す図である。例えば、欠陥検出装置１は、図１に示す橋梁２００の検査に用いられる。欠陥検出装置１は、加熱部１０１、熱画像撮像部１０２及び情報処理部１１０を備える。加熱部１０１は、橋梁２００に対して熱を与えることが可能な熱源装置を用いて構成される。例えば、加熱部１０１はハロゲンランプを用いて構成されてもよいし、温風や温水を放出する装置を用いて構成されてもよい。加熱部１０１は、必ずしも非接触で検査対象を加熱する必要はなく、電熱線等の発熱部材を接触させて検査対象を加熱するように構成されてもよい。加熱部１０１は、情報処理部１１０から送信される制御信号に基づいて検査対象の加熱処理を開始又は終了する。
【００１０】
熱画像撮像部１０２は、例えば波長が１０μｍ付近の赤外光に感度を持つ赤外線カメラを用いて構成される。熱画像撮像部１０２は、検査対象が加熱部１０１によって加熱される部位を撮像可能なように、その位置や姿勢、ズームレベル等が調整される。また、熱画像撮像部１０２は、情報処理部１１０から送信される制御信号に基づいて検査対象の撮像を開始又は終了する。熱画像撮像部１０２は、撮像を開始してから終了するまでの間、同じ撮像範囲の熱画像を所定の時間間隔（例えば１ｆｐｓ程度）で連続して取得する。熱画像撮像部１０２は、取得された熱画像のデータを情報処理部１１０に出力する。
【００１１】
情報処理部１１０は、ＰＣ（Personal Computer）やワークステーション、サーバ等の情報処理装置を用いて構成される。情報処理部１１０は、タブレットやスマートフォン等の可搬型の情報処理装置を用いて構成されてもよい。情報処理部１１０は、加熱部１０１や熱画像撮像部１０２の動作を制御することにより、検査対象表面の温度変化を示す時系列の熱画像データを取得する。
【００１２】
なお、検査対象の加熱の開始又は終了のタイミングは、利用者が加熱部１０１、熱画像撮像部１０２又は情報処理部１１０を操作することによって調整されてもよいし、情報処理部１１０によって制御されてもよい。例えば、情報処理部１１０は、加熱の開始を指示してから、予め定められた所定の加熱時間が経過したタイミングにおいて加熱を終了させるように加熱部１０１を制御してもよいし、熱画像撮像部１０２によって取得される熱画像に基づいて加熱部位が予め定められた温度に達したと判定されたタイミングにおいて加熱を終了させるように加熱部１０１を制御してもよい。
【００１３】
情報処理部１１０は、取得された熱画像データに基づいて検査対象表面の温度分布変化を観測する。情報処理部１１０は、正常部と欠陥部と間で生じる温度分布の変化の差を検出することによって、橋梁２００の欠陥を検出する。
【００１４】
図２は、第１の実施形態の欠陥検出装置１の機能構成の具体例を示すブロック図である。欠陥検出装置１は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、欠陥検出プログラムを実行する。欠陥検出装置１は、欠陥検出プログラムの実行によって記憶部１１１、熱画像取得部１１２、差分画像生成部１１３及び欠陥判定部１１４を備える装置として機能する。なお、欠陥検出装置１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。欠陥検出プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。欠陥検出プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
【００１５】
加熱部１０１及び熱画像撮像部１０２については図１で説明したとおりであるため、ここでは説明を省略する。また、加熱部１０１及び熱画像撮像部１０２以外の各機能部は、図１の情報処理部１１０に含まれる。
【００１６】
記憶部１１１は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部１０３は、熱画像撮像部１０２によって取得された検査対象の熱画像を熱画像データとして記憶する。熱画像データは、時系列の熱画像を示す情報である。
【００１７】
熱画像取得部１１２は、加熱部１０１及び熱画像撮像部１０２を制御することにより、検査対象表面の温度分布の変化を示す熱画像データを取得する。熱画像取得部１１２は、取得された熱画像データを記憶部１１１に記憶させる。
【００１８】
差分画像生成部１１３は、熱画像データに基づいて、ある２つの時刻において取得された熱画像の差分で表される差分画像を生成する。差分画像生成部１１３は、生成された差分画像を欠陥判定部１１４に出力する。
【００１９】
欠陥判定部１１４は、差分画像生成部１１３によって生成された差分画像に基づいて、検査対象内部に存在する欠陥を検出する。
【００２０】
図３は、第１の実施形態における差分画像の具体例を示す図である。図３（Ａ）は加熱処理を終了した直後における検査対象表面の温度分布を示す熱画像を表している。熱画像内の各領域の色の濃淡は各領域の温度の違いを表している。具体的には色の淡い領域ほど温度が高いことを表し、色が濃い領域ほど温度が低いことを表している。熱画像は、このような被写体の温度分布を表現する画像として、被写体の温度に応じた数値を各画素の画素値として持つ。具体的には、画素値は各温度に対応づけられた色や濃度の識別値である。以下では簡単のため、温度の違いをモノクロの１０階調で表現する熱画像を例として説明する。図３に示す各熱画像内に付した（）内の数値は、各領域の階調値を表し、低い階調値ほど高い温度を表し、高い階調値ほど低い温度を表している。
【００２１】
図３（Ｂ）は加熱処理の終了後ある程度時間が経過した時点での温度分布を示す熱画像を表している。図３（Ｂ）に示される熱画像から、正常部と欠陥部とでは温度変化の速度が異なることが分かる。これは正常部と欠陥部とで熱伝導率が異なることによって生じる現象である。具体的には、図３（Ｂ）の熱画像から欠陥部のほうが正常部よりも温度が下がりにくいことが分かる。
【００２２】
図３（Ｃ）は、上記の図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示される各熱画像に基づいて生成された差分画像である。正常部と欠陥部との間では温度変化の速度は異なるものの、正常部の範囲内又は異常部の範囲内においては温度変化の速度は同様である。そのため、加熱処理直後の熱画像と、加熱処理の終了後ある程度時間が経過した時点での熱画像との差分をとると、図３（Ｃ）のように正常部及び異常部のそれぞれの範囲内で均一な温度差を示す熱画像となる。そのため、このような差分画像を用いて欠陥部位を検出することにより、例えば図３（Ａ）の高温部を欠陥部として誤検出することを抑制することができる。
【００２３】
図４は、第１の実施形態の欠陥検出装置１による欠陥検出処理の流れを示すフローチャートである。まず、熱画像取得部１１２が加熱部１０１を制御することによって、検査対象の加熱処理を開始する（ステップＳ１０１）。熱画像取得部１１２は、加熱処理が開始された後、所定の条件に基づいて加熱処理を終了する（ステップＳ１０２）。
【００２４】
例えば、熱画像取得部１１２は、予め定められた所定の加熱時間の間検査対象を加熱するように加熱部１０１を制御する。例えば、熱画像取得部１１２がタイマー機能を有する場合、熱画像取得部１１２は、加熱部１０１に加熱の開始を指示すると同時にタイマーを開始し、所定の加熱時間が経過したタイミングで加熱部１０１に加熱の終了を指示するように構成されてもよい。また、加熱部１０１がタイマー機能を有する場合、加熱部１０１は、熱画像取得部１１２の指示に応じて加熱を開始すると同時にタイマーを開始し、所定の加熱時間が経過したタイミングで加熱を終了するように構成されてもよい。
【００２５】
検査対象の加熱処理が終了すると、続いて熱画像取得部１１２は熱画像撮像部１０２を制御することによって、検査対象の熱画像の取得を開始する（ステップＳ１０３）。例えば、熱画像取得部１１２は、予め定められた所定の観察時間の間検査対象を撮像するように熱画像撮像部１０２を制御する。例えば、熱画像取得部１１２は、熱画像撮像部１０２に撮像の開始を指示すると同時にタイマーを開始する。タイマーの設定時間は、欠陥の検出に十分な温度変化を示す熱画像が得られればどのような時間に設定されてもよいが、おおよそ１時間程度を目途に設定されるとよい。
【００２６】
熱画像の取得が開始されると、熱画像取得部１１２は、タイマーの設定時間（タイマ時間）が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。タイマーの設定時間が経過していない場合（ステップＳ１０４−ＮＯ）、熱画像取得部１１２はタイマーの設定時間が経過するまでステップＳ１０４の判定を繰り返し実行する。この間、熱画像の取得が継続される。一方、タイマーの設定時間が経過した場合（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、熱画像取得部１１２は、熱画像撮像部１０２に撮像の終了を指示する（ステップＳ１０５）。
【００２７】
熱画像の取得が終了すると、欠陥検出装置１は差分画像生成部１１３及び欠陥判定部１１４に処理を移し、欠陥判定処理を実行する（ステップＳ１０６）。
【００２８】
図５は、第１の実施形態における欠陥判定処理の流れを示すフローチャートである。まず、差分画像生成部１１３が、熱画像取得部１１２によって取得された熱画像に基づいて差分画像を生成する（ステップＳ２０１）。差分画像生成部１１３は、生成された差分画像の各画素について、各画素の画素値と差分画像全体での画素値の平均との差分（すなわち温度差）を算出する（ステップＳ２０２）。以下、上記の差分を平均差分値と称し、各画素の平均差分値によって表される熱画像を平均差分画像と称する。具体的には、差分画像の各画素の平均差分値は次の式（１）〜式（３）を用いて算出される。
【００２９】
【数１】
2017227606.tif 000003
【００３０】
【数２】
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【００３１】
【数３】
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【００３２】
式（１）において、Ｑｔ２（ｉ，ｊ）は、時刻ｔ１において取得された熱画像と時刻ｔ２（＞ｔ１）において取得された熱画像とに基づく差分画像における座標（ｉ，ｊ）に位置する画素の画素値を表す。Ｐｔ１（ｉ，ｊ）は時刻ｔ１において取得された熱画像において座標（ｉ，ｊ）に位置する画素の画素値を表す。同様に、Ｐｔ２（ｉ，ｊ）は時刻ｔ２（＞ｔ１）において取得された熱画像において座標（ｉ，ｊ）に位置する画素の画素値を表す。ここでｉは熱画像内での横方向の画素位置を表し、ｊは熱画像内での縦方向の画素位置を表す。例えば、熱画像が横３２０×縦２４０個の画素で構成される場合、ｉ及びｊは、０≦ｉ＜３２０、０≦ｊ＜２４０を満たす範囲の整数値を取り得る。以下、画素値Ｑｔ２，ｔ１（ｉ，ｊ）からなる差分画像をＱｔ２，ｔ１と称する。
【００３３】
式（２）において、Ｋは差分画像Ｑｔ２，ｔ１の各画素値の平均値を表す。式（３）において、Ｒｔ２（ｉ，ｊ）は差分画像Ｑｔ２，ｔ１の各画素値と平均差分値Ｋとの差によって表される平均差分画像の各画素値を表す。以下、平均差分値の値Ｒｔ２（ｉ，ｊ）からなる平均差分画像をＲｔ２と称する。
【００３４】
欠陥判定部１１４は、このようにして生成される平均差分画像の各画素値（平均差分値）を所定の閾値と比較することにより、温度変化の速度が異なる領域を欠陥の被疑部位として抽出する。なお、被疑部位は、差分画像Ｑｔ２，ｔ１の各画素値を直接閾値と比較することによっても抽出することができるが、その場合ノイズの影響によって誤った被疑部位が抽出される可能性がある。そのため、差分画像の各画素値を直接比較するのではなく、差分画像の各画素値と差分画像全体での画素値の平均である平均差分値との差を閾値と比較することによって上記のようなノイズの影響を抑制することができる。
【００３５】
また、一般に、正常部に対する欠陥部の割合は十分に小さいため、差分画像全体での画素値の平均（平均差分値）は正常部の画素値の平均に近いものとなる。その結果、正常部の画素値と平均差分値との差はほぼゼロになり、欠陥部においてのみ平均差分値との差が大きくなる。そのため、欠陥判定部１１４は、平均差分画像の各画素値（すなわち正常部の温度差を基準とする温度差）が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）ことによって、その画素が被疑部位か否かを判定する。
【００３６】
具体的には、欠陥判定部１１４は、次の式（４）に示す判定式に基づいて各画素が被疑部位であるか否かを判定する。
【００３７】
【数４】
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【００３８】
式（４）において、αは画素（ｉ，ｊ）が被疑部位であるか否かを平均差分値の大きさによって識別するための閾値を表す。例えば、正常部と欠陥部との温度変化の差が１階調以上の色差として現れる場合α＝１と予め設定される。欠陥判定部１１４は、平均差分画像Ｒｔ２の各画素値について式（４）を満たすか否かを判定することにより各画素が被疑部位であるか否かを判定する。
【００３９】
平均差分画像においてある画素の画素値が閾値α未満である場合、すなわち式（４）が満たされない場合（ステップＳ２０３−ＮＯ）、欠陥判定部１１４は当該画素を正常部と判定する（ステップＳ２０４）。一方、当該画素の画素値が閾値α以上である場合、すなわち式（４）が満たされる場合（ステップＳ２０３−ＹＥＳ）、欠陥判定部１１４は、当該画素を被疑部位として抽出する（ステップＳ２０５）。欠陥判定部１１４は、抽出された被疑部位について、加熱処理直後の画素値とある程度時間が経過した後の画素値との間の相関性に基づいて当該被疑部位が欠陥部であるか否かを判定する。
【００４０】
図６及び図７は、欠陥部の画素値に見られる相関性を説明する図である。まず、図６は、正常部及び欠陥部の温度変化の具体例を示す図である。図６に示されるように、同じ温度に加熱された正常部及び欠陥部は、時間の経過に応じて異なる温度変化を見せ、十分に長い時間が経過した後に同じ温度に収束する。また、正常部及び欠陥部の各温度曲線の接線の傾きの変化を見れば、正常部と欠陥部とはあるタイミングを境として温度変化の速度が逆転することが分かる。具体的には、時刻ｔＡでは欠陥部よりも正常部のほうが温度曲線の傾きが大きいのに対して、時刻ｔＢでは正常部よりも欠陥部のほうが温度曲線の傾きが大きくなっていることが分かる。このような温度変化の速度の逆転は、加熱処理直後の欠陥部の画素値とある程度時間が経過した後の欠陥部の画素値との間に次のような相関を生じさせる。以下では、温度変化の速度が逆転する前の期間を第１期間と称し、温度変化の速度が逆転した後の期間を第２期間と称する。
【００４１】
図７は、加熱処理直後の欠陥部の画素値とある程度時間が経過した後の欠陥部の画素値との間に生じる相関を示す図である。図７（Ａ）は第１期間における平均差分画像を表す。図７（Ｂ）は第１期間と第２期間との境界点における平均差分画像を表す。図７（Ｃ）は第２期間における平均差分画像を表す。なお、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）において、破線で囲まれた領域は欠陥部を表し、それ以外の領域は正常部を表す。上述したように第１期間では正常部のほうが欠陥部よりも温度変化の速度が速いため、平均差分で見た場合には正常部のほうが欠陥部よりも高い温度となる。すなわち、欠陥部の平均差分値が負の値となる。また、境界点では正常部と欠陥部との温度変化の速度がほぼ等しいため、平均差分でみた場合には正常部と欠陥部との温度はほぼ等しくなる。すなわち、正常部及び欠陥部の平均差分値がほぼゼロとなる。一方で、第２期間では欠陥部のほうが正常部よりも温度変化の速度が速いため、平均差分で見た場合には欠陥部のほうが正常部よりも高い温度となる。すなわち欠陥部の平均差分値が正の値となる。このように、第１期間における欠陥部の平均差分値（第１の温度差）と第２期間における欠陥部の平均差分値（第２の温度差）との間には符号が逆転するという相関がある。
【００４２】
図８は、第１期間と第２期間との間で欠陥部の平均差分値の符号が逆転する様子を示した図である。図８において、ＰＡ、ＰＢ、ＰＣは、検査対象の加熱後においてＰＡ、ＰＢ、ＰＣの順に取得された熱画像の例である。ここで、ＰＢは第１期間と第２期間との境界点において取得された熱画像である。ＱＡ−Ｂ（第１差分画像の一例）はＰＡ及びＰＢに基づいて生成された差分画像を表し、ＱＢ−Ｃ（第２差分画像の一例）はＰＢ及びＰＣに基づいて生成された差分画像を表す。差分画像ＱＡ−Ｂ及びＱＢ−Ｃから、境界点の前後で欠陥部及び正常部の温度差の大小関係が逆転していることが分かる。
【００４３】
このような相関性に基づいて、欠陥判定部１１４は、抽出された被疑部位の平均差分値の符号が境界点前後において逆転しているか否かを判定する（ステップＳ２０６）ことによって、被疑部位が欠陥部であるか否かを最終的に判定する。
【００４４】
具体的には、欠陥判定部１１４は、次の式（５）に示す判定式に基づいて平均差分値の符号の逆転を判定する。
【００４５】
【数５】
2017227606.tif 000007
【００４６】
式（５）において、ＱＤ１（ｉ，ｊ）は第１期間の差分画像における欠陥部の各画素値を表し、ＱＤ２（ｉ，ｊ）は第２期間の差分画像における欠陥部の各画素値を表す。また、Ｋ１は差分画像ＱＤ１の平均画素値を表し、Ｋ２は差分画像ＱＤ２の平均画素値を表す。式（５）が満たされない場合、すなわち、境界点前後で被疑部位の平均差分値の符号が逆転していない場合（ステップＳ２０６−ＮＯ）、欠陥判定部１１４はステップＳ２０４に進み、当該被疑部位を正常部と判定する。一方、式（５）が満たされた場合、すなわち、境界点前後で被疑部位の平均差分値の符号が逆転している場合（ステップＳ２０６−ＹＥＳ）、欠陥判定部１１４は当該被疑部位を欠陥部と判定する（ステップＳ２０７）。
【００４７】
このように構成された第１の実施形態の欠陥検出装置１は、差分画像に基づいて欠陥の被疑部位を抽出し、第１期間及び第２期間における被疑部位の平均差分値の符号に基づいて被疑部位が欠陥部であるか否かを判定する欠陥判定部１１４を備える。欠陥検出装置１がこのような構成を備えることにより、アクティブ方式のサーモグラフィ法による欠陥検出の精度をより向上させることができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態の欠陥検出装置１ａの機能構成の具体例を示すブロック図である。第２の実施形態の欠陥検出装置１ａは、欠陥判定部１１４に代えて欠陥判定部１１４ａを備える点、特徴抽出部１１５をさらに備える点で第１の実施形態の欠陥検出装置１と異なる。特徴抽出部１１５は、熱画像から欠陥部が有する特徴を示す情報（以下、「特徴情報」という。）を抽出する。欠陥判定部１１４ａは、抽出された特徴情報に基づいて欠陥の被疑部位を特定する。欠陥判定部１１４ａは、特定された被疑部位が欠陥部であるか否かの判定を第１の実施形態の欠陥判定部１１４と同様の方法で判定する。
【００４９】
具体的には、特徴抽出部１１５は、熱画像の各画素について濃度共起行列計算を行う。濃度共起行列計算は、画素間の濃度の相関性を濃度共起行列として算出することにより、テクスチャの特徴を抽出する手法の一つである。例えば、濃度共起行列計算は、ある画素（ｉ，ｊ）の濃度（画素値）をａとし、その画素からδ（横方向にｇ画素、縦方向にｈ画素）だけ離れた位置に存在する画素（ｉ＋ｇ，ｊ＋ｈ）の濃度をｂとした場合に、濃度共起行列Ｍδのａ行ｂ列成分に１を投票する処理を対象範囲の全画素について計算する処理である。
【００５０】
このようにして計算される濃度共起行列Ｍδの対角成分には、比較対象の２点（ある画素と、その画素からδだけ離れた位置に存在する画素と）の濃度に変化がない場合に１が投票される。換言すれば、対角成分以外への投票数が多い濃度共起行列Ｍδは、対象範囲の濃度が一様でないことを表す。特徴抽出部１１５は、このように計算される濃度共起行列Ｍδを用いて、差分画像におけるある対象範囲の一様性を示す指標値を次の式（６）によって算出する。
【００５１】
【数６】
2017227606.tif 000008
【００５２】
式（６）において、Ｌｋは差分画像Ｑを構成するＮ個の部分領域Ｑｘ（０≦ｘ≦Ｎ）のうちのある１つの部分領域Ｑｋについての一様性の指標値を表す。Ｍｋδは、部分領域Ｑｋについて計算された濃度共起行列を表す。ａｖｇ（Ｍ０δ，Ｍ１δ，…，ＭＮδ）は、Ｎ個の部分領域Ｑｘのそれぞれについて計算された濃度共起行列の平均で表される行列（以下、「平均行列」という。）を表す。具体的には、平均行列は、Ｎ個の部分領域Ｑｘに対応するＮ個の濃度共起行列の和の各成分を濃度共起行列の数Ｎで割ることによって得られる。すなわち、式（６）は、ａ及びｂの全ての組み合わせについて、部分領域Ｑｋの濃度共起行列Ｍｋδと平均行列との差の二乗和（すなわち差の大きさ）を部分領域Ｑｋの一様性の指標値Ｌｋとして算出する式である。このように算出される指標値Ｌｋは、差分画像Ｑにおいて部分領域Ｑｋの濃度が一様でない場合に大きな値をとる。
【００５３】
図１０は、第２の実施形態における欠陥判定処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、第１の実施形態における欠陥判定処理と同様の処理については、図５と同様の符号を付すことにより説明を省略する。具体的には、図１０のフローチャートは、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３及びステップＳ２０５に代えてステップＳ３０１〜Ｓ３０３を有する点で第１の実施形態における欠陥判定処理と異なる。この場合、特徴抽出部１１５は、ステップＳ２０１において生成された差分画像Ｑについて濃度共起行列を計算する（ステップＳ３０１）。
【００５４】
図１１は、第２の実施形態における濃度共起行列計算の具体例を示す図である。図１１（Ａ）は濃度共起行列計算の対象となる差分画像Ｑの具体例を示し、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示される差分画像Ｑについて行われる濃度共起行列計算の具体例を示す。図１１（Ａ）に示す差分画像Ｑは、横方向に６４０個、縦方向に３００個の画素を持ち、各画素値が０〜２の３階調で表される。この差分画像Ｑは、横方向に１６０個、縦方向に１００個の画素を持つ１２の部分領域Ｑ０〜Ｑ１１に分割される。この部分領域Ｑ０〜Ｑ１１のうちのＱ４は欠陥部である。差分画像Ｑが、第１期間において取得された熱画像に基づいて生成される場合、上述したように、欠陥部の画素値は低い階調値（高温）となり、正常部の画素値は高い階調値（低温）となる。ここでは、図１１（Ａ）の差分画像Ｑにおいて、欠陥部の画素値が“１”、正常部の画素値が“２”である場合を想定する。
【００５５】
この場合、特徴抽出部１１５は、各部分領域Ｑ０〜Ｑ１１のそれぞれについて右斜め下方向に隣接する部分領域との間の濃度相関を示す濃度共起行列を計算する。例えば、図１１（Ｂ）に示されるように、特徴抽出部１１５は、部分領域Ｑ０については部分領域Ｑ４との間の濃度相関を示す濃度共起行列を計算し、部分領域Ｑ１については部分領域Ｑ５との間の濃度相関を示す濃度共起行列を計算する。すなわち、この場合のδは横方向に１６０画素、縦方向に１００画素だけ離れた位置を表す。
【００５６】
この場合、図中に示す６つの部分領域Ｑｘ（ｘ＝０、１、…、５）の濃度共起行列Ｍｘδはそれぞれ次の式（７）〜式（１２）のように算出される。なお、式（７）〜式（１２）においては、式の意味を分かりやすくするため、δを（１６０，１００）に置き換えて記載している。
【００５７】
【数７】
2017227606.tif 000009
【００５８】
【数８】
2017227606.tif 000010
【００５９】
【数９】
2017227606.tif 000011
【００６０】
【数１０】
2017227606.tif 000012
【００６１】
【数１１】
2017227606.tif 000013
【００６２】
【数１２】
2017227606.tif 000014
【００６３】
式（７）〜式（１２）に示す各行列において、行は計算対象の部分領域の画素値（階調値）に対応し、列は計算対象の部分領域からδだけ離れた位置に存在する部分領域の画素値に対応する。例えば、式（７）に示される濃度共起行列の２行３列の成分の値“１６０００”は、部分領域Ｑ０に含まれる全画素の画素値が“２”であって、それらの各画素からδだけ離れた位置に存在する画素の画素値が全て“１”であることを表している。
【００６４】
さらに、式（７）〜式（１２）によって計算された各部分領域の濃度共起行列を用いると、平均行列は次の式（１３）のように算出される。
【００６５】
【数１３】
2017227606.tif 000015
【００６６】
そして、式（７）〜式（１３）によって算出された各部分領域の濃度共起行列と平均行列とに基づいて、各部分領域の一様性の指標値Ｌｘが次の式（１４）〜式（１９）のように算出される。なお、式（１４）〜式（１９）では、行列の差の大きさをフロベニウスノルムの二乗で表現している。
【００６７】
【数１４】
2017227606.tif 000016
【００６８】
【数１５】
2017227606.tif 000017
【００６９】
【数１６】
2017227606.tif 000018
【００７０】
【数１７】
2017227606.tif 000019
【００７１】
【数１８】
2017227606.tif 000020
【００７２】
【数１９】
2017227606.tif 000021
【００７３】
図１０の説明に戻る。欠陥判定部１１４ａは、特徴抽出部１１５によって算出された各部分領域の一様性の指標値を予め設定された所定の閾値ＬＴと比較することによって欠陥の被疑部位を特定する。例えば、閾値としてＬＴ＝１０００００が設定されている場合、欠陥判定部１１４ａは、閾値ＬＴを越える指標値Ｌ０及びＬ４に対応する部分領域Ｑ０及びＱ４を、濃度の分布が一様でない領域と判定する。欠陥判定部１１４ａは、このように判定された部分領域Ｑ０及びＱ４のうち、温度差（階調値）の小さいほうの部分領域を欠陥の被疑部位として特定する（ステップＳ３０２）。
【００７４】
特定された被疑部位が欠陥部であるか否かの判定方法は第１の実施形態と同様である。例えば、欠陥判定部１１４ａは、次の式（２０）によって、被疑部位と被疑部位以外の領域との間で画素値の平均差Ｍを算出する（ステップＳ３０３）。
【００７５】
【数２０】
2017227606.tif 000022
【００７６】
式（２０）において、ＮＥは被疑部位以外の領域の画素値の平均を表し、ＮＤは被疑部位の画素値の平均を表す。欠陥判定部１１４ａは、平均差Ｍの符号が時間の経過に応じて反転する場合に被疑部位が欠陥部であると判定する。
【００７７】
このように構成された第２の実施形態の欠陥検出装置１ａは、濃度共起行列計算によって欠陥の被疑部位を抽出する特徴抽出部１１５を持つ。欠陥検出装置１ａがこのような構成を備えることにより、熱画像に含まれるノイズの影響を低減し、欠陥検出の精度をより向上させることができる。
【００７８】
（第３の実施形態）
図１２は、第３の実施形態の欠陥検出装置１ｂの機能構成の具体例を示すブロック図である。第３の実施形態の欠陥検出装置１ｂは、欠陥判定部１１４ａに代えて欠陥判定部１１４ｂを備える点、特徴抽出部１１５に代えて特徴抽出部１１５ｂを備える点で第２の実施形態の欠陥検出装置１ａと異なる。
【００７９】
特徴抽出部１１５ｂは、画像内の濃度分布の一様性を示す指標値を、差分画像及び差分画像の生成に用いられた熱画像のそれぞれについて算出し、欠陥判定部１１４ｂに出力する。
【００８０】
欠陥判定部１１４ｂは、差分画像及び差分画像の生成に用いられた熱画像（以下、「原画像」とうい。）のそれぞれについて欠陥判定部１１４ａと同様の欠陥判定処理を行い、それぞれの判定結果に基づいて最終的な欠陥判定を行う。
【００８１】
図１３は、第３の実施形態における欠陥判定処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、第２の実施形態における欠陥判定処理と同様の処理については、図１０と同様の符号を付すことにより説明を省略する。特徴抽出部１１５ｂは、ステップＳ２０１において生成された差分画像に基づいて、ステップＳ３０１及びＳ３０２の各処理を行って差分画像内の濃度分布の一様性を示す指標値を算出するとともに、ステップＳ２０１における差分画像の生成に用いられた原画像についても同様の処理を行って原画像内の濃度分布の一様性を示す指標値を算出する（ステップＳ４０１及びＳ４０２）。
【００８２】
欠陥判定部１１４ｂは、差分画像について算出された一様性の指標値に基づいて被疑部位の抽出と、被疑部位が欠陥部であるか否かの判定を行うとともに、原画像についても差分画像と同様の方法で被疑部位の抽出と、被疑部位が欠陥部であるか否かの判定を行う（ステップＳ４０３〜Ｓ４０６）。欠陥判定部１１４ｂは、差分画像に基づく欠陥部の検出結果と、原画像に基づく欠陥部の検出結果との両方に基づいて、被疑部位が欠陥部であるか否かの最終的な判定を行う（ステップＳ４０７及びＳ４０８）。具体的には、欠陥判定部１１４ｂは、原画像の被疑部位（第１被疑部位）と差分画像の被疑部位（第２被疑部位）とが一致し、さらにその被疑部位が差分画像と原画像との両方で欠陥部と判定された場合に、その被疑部位が欠陥部であると最終的に判断する。
【００８３】
このように構成された第３の実施形態の欠陥検出装置１ｂは、差分画像と原画像とのそれぞれについて一様性の指標値を算出する特徴抽出部１１５ｂと、差分画像と原画像とのそれぞれでの欠陥判定の結果に基づいて被疑部位が欠陥部であるか否かを最終的に判定する欠陥判定部１１４ｂとを備える。欠陥検出装置１ｂがこのような構成を備えることにより、欠陥検出の精度をより向上させることができる。
【００８４】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、加熱後の検査対象の表面温度を示す熱画像を時系列に取得する熱画像取得部と、熱画像間の差分に基づいて表される差分画像を時系列に複数生成する差分画像生成部と、複数の差分画像の各画素が示す温度差の大きさに基づいて、検査対象内部に存在する欠陥を検出する欠陥判定部とを持つことにより、検査対象表面の温度分布に基づいて検査対象内部の欠陥を検出するサーモグラフィ法において、検査対象表面の温度分布が検査対象の加熱によって得られる場合の欠陥検出の精度をより向上させることができることができる。
【００８５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８６】
１，１ａ，１ｂ…欠陥検出装置、１０１…加熱部、１０２…熱画像撮像部、１０３…記憶部、１１０…情報処理部、１１１…記憶部、１１２…熱画像取得部、１１３…差分画像生成部、１１４，１１４ａ，１１４ｂ…欠陥判定部、１１５，１１５ｂ…特徴抽出部、２００…橋梁
【図１】
2017227606.tif 000023
【図２】
2017227606.tif 000024
【図３】
2017227606.tif 000025
【図４】
2017227606.tif 000026
【図５】
2017227606.tif 000027
【図６】
2017227606.tif 000028
【図７】
2017227606.tif 000029
【図８】
2017227606.tif 000030
【図９】
2017227606.tif 000031
【図１０】
2017227606.tif 000032
【図１１】
2017227606.tif 000033
【図１２】
2017227606.tif 000034
【図１３】
2017227606.tif 000035