(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現存する人工建造物の少なくとも１つの画像を撮像し、その人工建造物における１以上の欠陥の存在を検出する方法であって、
（ａ）現存する人工建造物の表面の上に検出可能な材料を供給して、前記検出可能な材料が前記人工建造物の１以上の欠陥にそれぞれ存在するようにする供給ステップと、
（ｂ）飛行機または人工衛星に設置される画像センサによって、前記人工建造物の少なくとも１つのデジタル画像を撮像し、１以上の欠陥における前記検出可能な材料の存在の有無により、前記１以上の欠陥を識別する撮像ステップと、
（ｃ）撮像された前記１以上のデジタル画像を処理して、前記人工建造物における１以上の欠陥の存在を決定するための前記人工建造物の視覚画像を提供する、処理ステップと
からなり、
前記検出可能材料は、ハロゲンと化合して検出可能なハロゲン化物を形成するランタニドである、欠陥検出方法。
【請求項２】
現存する人工建造物の少なくとも１つの画像を撮像し、その人工建造物における１以上の欠陥の存在を検出する方法であって、
（ａ）現存する人工建造物の表面の上に検出可能な材料を供給して、前記検出可能な材料が前記人工建造物の１以上の欠陥にそれぞれ存在するようにする供給ステップと、
（ｂ）飛行機または人工衛星に設置される画像センサによって、前記人工建造物の少なくとも１つのデジタル画像を撮像し、１以上の欠陥における前記検出可能な材料の存在の有無により、前記１以上の欠陥を識別する撮像ステップと、
（ｃ）撮像された前記１以上のデジタル画像を処理して、前記人工建造物における１以上の欠陥の存在を決定するための前記人工建造物の視覚画像を提供する、処理ステップと
からなり、
前記検出可能材料は、道路の表面に、道路の幅に渡って１つのテープまたは浴槽の形状で組み込まれている、欠陥検出方法。
【請求項３】
前記検出可能材料は、カプセルに入れられた染料または蛍光体であり、道路表面上の塩と混合される、請求項１または２に記載の欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現存の人工建造物における欠陥の存在の検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地形調査は当業界で周知である。地形調査を行う場合は、しばしば、航空機または衛星が電荷結合素子（ＣＣＤ）等の撮像素子を備える。地形調査においては、道路、配管、送電系統、および、それらに該当する他の人工建造物等の人間が作った対象物に欠陥があるかどうかを検出することが強く望まれる。検出されると、改善すべきかどうかの判断がなされる。しばしば、欠陥があるかどうかを判断するために、領域を車で若しくは歩いて行き来する陸上部隊によって、地形の外観検査が行われる。また、隣接地を撮像する航空写真システムも使用できる。これらの画像は、その後、欠陥があるかどうかを判断するために再検討される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
多くの場合、これらの調査は、地形実地調査、すなわち、個人がこれらの場所を訪れて、現場で計測するまたは他の形式のデータを得ることによって実施されなければならない。この処理は、面倒であり、コストが高く、かつ、不便である。また、この処理は、多くの場合、遠隔地に存在する危険、および、労働者の疲労やその他の要因による潜在的な間違った解釈によって、信頼性がなく、かつ、安全性に欠ける。さらに、遠隔地は、しばしば、到達することが困難な山岳、砂漠および森林であり、頻繁な調査は、全体の費用に加えて、常設のメンテナンス部隊や調査部隊の配置を必要とする。
【０００４】
従って、本発明の目的は、現存の人工建造物において欠陥があるかどうかを判断する方法を改善することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の方法によって達成できる。本発明においては、現存の人工建造物の欠陥に存在する場合に画像センサによって検出できる材料を使用する。
【０００６】
本発明に係る欠陥検出方法は、現存する人工建造物の少なくとも１つの画像を撮像し、その人工建造物における１以上の欠陥の存在を検出する方法であって、（ａ）現存する人工建造物の表面の上に検出可能な材料を供給して、前記検出可能な材料が前記人工建造物の１以上の欠陥にそれぞれ存在するようにする供給ステップと、（ｂ）飛行機または人工衛星に設置される画像センサによって、前記人工建造物の少なくとも１つのデジタル画像を撮像し、１以上の欠陥における前記検出可能な材料の存在の有無により、前記１以上の欠陥を識別する撮像ステップと、（ｃ）撮像された前記１以上のデジタル画像を処理して、前記人工建造物における１以上の欠陥の存在を決定するための前記人工建造物の視覚画像を提供する、処理ステップとから成る。
【０００７】
好ましくは、前記の欠陥検出方法において、前記の処理ステップは、検出されるべき種々の欠陥をメモリに記憶するステップと、撮像された前記のデジタル画像と前記の欠陥とを比較して、欠陥の存在およびそのような欠陥の位置を判断するステップとを含む。
【０００８】
好ましくは、前記の欠陥検出方法において、前記検出可能な材料は、カプセルに入れられた染料または蛍光体である。
好ましくは、前記の欠陥検出方法において、前記検出可能な材料は、溶液または固溶体に含まれる。
好ましくは、前記の欠陥検出方法において、前記検出可能な材料は、タンタニドであり、このランタニドは、ハロゲンと化合して、検出可能なハロゲン化物を形成する。
好ましくは、前記の欠陥検出方法において、前記検出可能な材料は、道路の表面に、道路表面の幅に渡って１つのテープまたは浴槽の形状で組み込まれている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の特徴は、欠陥が発生した後の検出に特に適した検出用化学製品、検出用薬剤、または、欠陥に関連する化学変化が、現存の人工建造物の表面または内部に存在するように与えられることである。
【００１０】
検出可能な物質が建造物の表面または内部に存在するように与えられる（以下、「適用」と表現される。）場合、その物質の適用には費用が発生する。道路の場合、その物質は、コンクリートまたはアスファルト等の道路建設材料自体に加えられてもよい。問題は、現存の道路にある。検出される検出可能な物質を安く運搬する方法が必要とされる。例えば、もし、検出用化学物質または検出用薬剤が、材料欠陥がある場合に、欠陥がない場合と対照的な違いを提供するなら、その検出用化学物質または検出用薬剤を適用する安価な運搬システムが使用される。また、検出可能な物質が、短命、または、ある程度生物分解性であることが好ましい。本発明は、カプセル化された染料または蛍光体を使用できる。そのような染料または蛍光体は、より簡単な運搬のために、ポリマー基複合材またはセラミック基複合材の中に封入されてよい。すなわち、その物質は、画像が撮像されるときのためだけに存在する。
【００１１】
図１を参照すると、現存する人工建造物において欠陥を識別するために撮像において採用されるセンサシステム１は、航空運航計器システム２１、衛星２６、および地上運航計器システム２８のいずれかに取り付けできる。道路、配管、電力線、農地、採掘地、不動産、および、それらに類似するもの等の種々の現存する人工建造物を含む土地の画像は、このセンサシステム１によって撮像される。連続する画像が、デジタル形式で撮像され、航空運航計器システム２１、衛星２６または地上運航計器システム２８に記憶されて、後に制御地上局に転送されるか、または、無線リンクを経由して制御地上局に送信される。撮像素子２は、結像光学系と共に電子的形態でシーンの写真を撮像する電子センサを含む。電子センサは、一般的に、ＣＣＤまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージングアレイである。いくつかの例において、入射される光の波長をフィルタリングするために、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ検出器への入力部に特定の光学フィルタ３が取り付けられる。この光学フィルタ３は、特定の種類の欠陥を検出するために、信号対雑音比を最大にするように選択される。代わりに、地面位置画像は、従来の写真カメラによって撮像されてもよい。フィルム画像は、その後、画像センサを含む画像スキャナによってデジタル画像に変換されなければならない。また、システム１は、撮像素子２の操作を順番付ける撮像制御回路４を備える。図１から明らかになるように、システム１に示される種々の構成要素の操作は、制御コンピュータ３１の制御下にある。撮像制御回路４は、撮像素子２を制御し、位置および方位記憶回路５に、各々の撮像画像と共に、位置および方位情報を送る。その現存する人工建造物の位置を識別するために、空間座標の形式の位置情報が提供される。そのような位置情報も、位置および方位記憶回路５に記憶される。位置および方位データは、撮像画像において現存の人工建造物の位置を示すために、あらかじめ決められた座標位置と共に使用される。制御コンピュータ３１は、画像データを、画像記憶装置６に記憶させる。その画像データは、画像処理回路７において、シーンの特徴を識別するために処理される。また、処理シーケンスは、制御コンピュータ３１によって指示される。画像処理回路７は、１以上の欠陥の存在、１以上の欠陥の種類、および、１以上の欠陥の位置を判断するために、撮像されたデジタル画像との比較のための検出されるべき種々の欠陥を含む記憶メモリ（図示されない）を備える。撮像素子２を除いて、システム１の種々の構成要素は、遠隔プラットフォームおよび地上局位置のいずれかに設置可能である。その上、上述の構成要素の多くが、制御コンピュータ３１内で理解されるソフトウェアで具体化できる。撮像素子２は、航空運航計器システム、衛星および地上運航計器システムのいずれかに設置される。
【００１２】
現存する人工建造物において１以上の欠陥を検出する全過程が図２のフローチャートに示される。そのフローチャートは、ブロック図の形態であり、当業者は、その機能の多くが、制御コンピュータ３１によって制御されることを理解するであろう。最初の処理は、撮像素子８および画像記憶装置６を初期化して前に撮像された全てのシーンデータを消去することを含む。次に、ブロック９において、顧客によって供給された位置情報を用いて新しいシーンが撮像され、画像の記録を始める。その画像データは、他の時に撮影された同じシーンとの比較を容易にするために、現在のシーンが記憶された位置および時間を識別するために必要な位置および時間情報と共に記憶される。近い将来にそのような比較を実施するために、画像データおよび他のデータが、シーンデータベース１０に記憶される。次に、そのシーンにおける変化を識別し、かつ、そのシーンに現れる現存の人工建造物の欠陥の識別を容易にするために、画像解析１１が実行される。最新のシーン画像は、先にシーンデータベース１０に記憶された画像データと比較される。もし欠陥が検出されないなら、この過程は終了する。欠陥の検出は、必要に応じて、さらなる画像解析１２を開始することができる。識別過程は、解析装置１３の結果の通信で終了する。結果の通信は、例えば、欠陥の検出の可聴または可視アラーム、電話接触またはｅメール通知等の多くの形式をとりうる。この過程における最終ステップは、その欠陥を修正することである。
【００１３】
図３は、データベースからの画像データファイルを処理し、もし、欠陥が生じているならそれらを識別するために使用されるアルゴリズムを示す。アルゴリズムは、ユーザとの相互作用を可能にするエキスパートシステムを具体化できる。２つの別個のデータファイル、シーン（１）１４およびシーン（２）１５は、比較のために利用される。両方のデータファイルは、同じシーンコンテンツを含む。しかし、それらは、一般的に、異なった時期に撮影された画像を記録する。すなわち、２つの画像を撮像した時間の時間差は、時間Δｔである。両方の画像ファイルおよびシーンは、正射投影作成記録の過程１６、すなわち、シーンが記録された時点の位置および角度の変化量の補償を経る。この過程は、シーンまたは画像の要素の正確なピクセル毎の補償を可能にするために実行される。各々のシーンが記録された時点では、照明１７における差のために、各々のシーンにおいてデータを修正することが必要であるかどうかは分からない。そのシーンにおける変化は、ブロック１８において識別される。そのシーンにおける変化は、比較される２つのシーンの画素コンテンツにおける差をソフトウェアを用いて検出することにより、制御コンピュータ３１によって使用される。そのような変化は、画素の輝度または被写体の形状に反映でき、それは画素の有限の集まりに相当する。画素または被写体の変化を識別するそのような方法は、当業者に周知である。そのような画素変化に基づいて、ブロック１９において欠陥の種類が識別され、その欠陥の存在の通知２０が伝えられる。
【００１４】
図４は、現存する建造物に検出用化学物質または検出用薬剤を適用する方法を示す図である。図示される実施の形態において、検出用化学物質または検出用薬剤４０は、塩、砂、灰またはその他と混合され、一般に、トラック４４によって道路４２に適用される。検出用化学物質または検出用薬剤４０は、凍結防止用の塩、砂または灰と混合されてカプセル化される蛍光染料であってよい。故に、塩、砂または灰が、道路４２に適用されるとき、その染料は、その塩等と共に道路表面に散布される。もし、水溶性の染料が使用されるなら、それらは、塩等と共に容易に道路表面に散布されるだろう。例えば、塩が適用された後、その塩は、図５に示されるように、ひび２７に集まる傾向がある。故に、染料は、これらの道路の欠陥領域を目立たせる。この操作形態で使用されるときは、しばしば、センサとして、黄色を放出するリン酸蛍光体が取り付けられる。
【００１５】
図５は、現存する人工建造物において欠陥を検出する助けになる検出用化学物質または検出用薬剤４０の使用法を示す。航空運航計器システム２１は、上述の方法で、人工建造物（この場合には、道路４２）の撮像２２を実行する。また、図５は、分離した欠陥２４をもつ道路４２の撮像を示す。この例において、欠陥の検出は、化学的画像コントラスト強調検出用化学物質または検出用薬剤４０の存在によって増大される。検出用化学物質または検出用薬剤４０を欠陥２４と関連させることは、結果として、より容易に検出できる物理的／化学的変化２４ａにつながる。
【００１６】
図６の（１）に示されるもう１つの使用シナリオにおいて、検出用化学物質または検出用薬剤５４は、テープ５０の形態で、現存する人工建造物に組み込まれる。その検出用化学物質または検出用薬剤５４は、道路４２の幅に渡って適用され、自動車５２がテープ５０上を進行するとき活性化する。その検出用化学物質または検出用溶剤５４は、自動車のタイヤ５６に付着し、道路表面に渡って散布される。他の運搬技術は、図６の（２）に示されるタイヤ浴槽５８である。例えば、タイヤ浴槽５８は、図示されない料金所に設置されてよい。自動車５２が、料金を支払うために停止するとき、タイヤ５６は、タイヤ浴槽５８を通過する。タイヤ浴槽５８は、検出用化学物質または検出用薬剤５４を含む。検出用化学物質または検出用薬剤５４は、その後、タイヤ５６によって道路４２に渡って散布される。この実施の形態において、検出用化学物質または検出用薬剤５４は、図７に示されるひび２７およびくぼみ６０に蓄積されないように、道路４２の表面に付着する。ひび２７およびくぼみ６０等の欠陥２４の存在は、検出用化学物質または検出用薬剤５４が存在しないことによって明白になる。そのような検出用化学物質または検出用薬剤５４は、可視スペクトル領域および赤外スペクトル領域のいずれかにおいて蛍光成分または道路表面の反射を強調する成分を含むことができる。さらに、検出用化学物質または検出用薬剤５４は、スペクトルの可視領域および非可視領域において使用するように選択できる。検出用化学物質または検出用薬剤５４は、ランタニドとして知られる材料の系統であってよい。ランタニドは、ハロゲン元素と結合されて、検出可能なハロゲン化物質を形成する。さらに、検出用化学物質または検出用薬剤５４は、コレステロールの特性をもつように選択できる。それらの配向変化は、周囲との熱的平衡に基づくので、種々の色を表示する。その種々の色は、適切に選択されたセンサによって検出できる。
【００１７】
図８に示される本発明の別の実施の形態において、検出用化学物質または検出用薬剤７０は、支持部８４によって保持される水道管８０を通って流れる材料に追加される。その検出用化学物質または検出用薬剤７０は、液体または固溶体に提供されうるが、水道管８０中を流れることが可能であるように選択されねばならない。例えば、検出用化学物質または検出用薬剤７０をオイルに追加することによって、水道管８０の洩れまたは水道管８０からのこぼれ８２を引き起こすひび２７等の欠陥２４が、容易に、遠隔検出および記録できる。可視波長の蛍光を発する濃度の低い油溶性材料は、オイル洩れの検出を相当増大できる。そのような材料の使用は当業者に周知であり、遠隔検出用途において、単独で、または、組み合せて使用できる。
【００１８】
以上のような検出用化学物質または検出用薬剤７０は、図１の光学フィルタ３と組み合わされて、信号対雑音比を相当改善し、遠隔検出の検出可能性を増大させる。光学フィルタ伝達機能と、欠陥の結果として検出される色変化との組み合せは、各々の用途のために最適化される。この最適化方法は当業者に周知である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の効果は、遠隔プラットフォームから撮像される画像を自動的に処理することにより、現存の人工建造物における１以上の欠陥を判断するより効果的な方法を提供できることである。この自動処理は、先に検出された画像との比較を含んでもよい。また、この自動処理は、予測的方法で作動するアルゴリズムおよびエキスパートシステムを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  航空機、衛星または地上運航計器システムを用いた本発明による撮像システムを示す図。
【図２】  現存する人工建造物の欠陥を検出する撮像および画像処理方法のフローチャートの図。
【図３】  図１に示されたシステムで使用できる画像処理アルゴリズムのフローチャートの図。
【図４】  現存する人工対象物において欠陥を検出する助けとなる化学物質または化学薬剤を、トラックを用いて道路に適用する方法を示す図。
【図５】  本発明による検出用化学物質または検出用化学薬剤を適用する別の方法を示す図。
【図６】  自動車を用いて検出用物質または検出用薬剤を適用および散布する本発明による方法を示す図。
【図７】  現存する人工建造物において欠陥を検出する助けとなる化学物質または化学薬剤の存在を利用する本発明の別の実施の形態を示す図。
【図８】  パイプラインにおいて洩れを検出する助けになる化学物質または化学薬剤を使用する本発明の別の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
１  センサシステム
２  撮像素子
４  撮像制御回路
５  位置および方位記憶回路
６  画像記憶装置
７  画像処理回路
２１  航空運航計器システム
２６  衛星
２８  地上運航計器システム
３１  制御コンピュータ
【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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