ｻｽﾃﾅﾌﾞﾙな社会構築に貢献する発表者 天野 勲

㈱保全工学研究所の技術紹介

1

デジタル画像を用いた外観調査法とは?
可視画像

熱画像

• デジタルカメラ• 高精細な可視画像を撮影（1 ﾋﾟｸｾﾙ当たり1mm以下）• 赤外線サーモグラフィカメラ• 近接目視で確認できる変状• 微小温度変化で確認できる
変状– ひび割れ幅・長さ– 遊離石灰・錆汁– はく落・鉄筋露出• 高い温度分解能の熱画像を撮影（最小検知温度：0.02℃）– 表層の浮き・はく離（従来法：打音法）– 漏水・湧水㈱保全工学研究所の技術紹介

2

デジタル画像を活用するメリット• 離れた場所から画像を撮影
仮設足場等が不要⇒低コスト
地上等の安全な位置での作業 ⇒高い安全性
現地での短い作業時間⇒時短• 画像を記録保存
調査時点の全面の画像を残すことが可能
記録された画像は、時間を遡って確認が可能
画像解析による自動抽出が可能• ﾋｭｰﾏﾝｴﾗｰの低減• 個人差の低減• 再現性の高い、客観的な結果㈱保全工学研究所の技術紹介

3

可視画像によるひび割れ検査法
画像接合

分割して精細な可視画像を撮影

ひび割れ抽出

正対補正
縮尺設定

画像解析
自動抽出

損傷図作成

Dxf 出力㈱保全工学研究所の技術紹介

4

熱画像を用いた浮き等の抽出技術

見上げて撮影した熱画像

Dxfファイルでの出力
損傷図の作成熱画像の正対補正

変状部に関する
特定温度領域の抽出

特定温度領域のベクトル化㈱保全工学研究所の技術紹介

5ひび割れ抽出コア技術Actisとは？
• Actis（Auto Crack Tracing Image System）の略• 画像解析により、1画素サイズの20%のひび割れ幅のひび割れを自動的にトレース

ひび割れ幅毎に色を変えて表示
可視画像

ひび割れ抽出結果図㈱保全工学研究所の技術紹介

6

撮影機材
• デジタルカメラ
静止画を原則
メーカー、機種は不問
推奨：ﾌﾙｻｲｽﾞｾﾝｻｰ
レンズ交換ﾀｲﾌﾟ
ビデオは画像形式が圧縮されておりNG• 補助光
外付けフラッシュ㈱保全工学研究所の技術紹介

7

画像の撮影方法（可視・熱画像共通）• 三脚上に固定• 高所作業車など移動足場• ポールカメラで高所撮影• ＵＡＶ等の無人飛行機• 専用の鉄道用撮影台車
鉄道トンネルでの事例

三脚の事例

ＵＡＶの事例㈱保全工学研究所の技術紹介

8ひび割れの抽出原理• ひび割れ部の色調の違いにより画素毎に検出 背景白色に、ひび割れ部の黒の検出• ひび割れ幅は、1画素中の色濃度（白黒256階調）により決定• ひび割れ長さ、幅は、設定した縮尺（画像解像度）
により決定

画素の色濃度

ひび割れ幅

黒画素サイズ相当

グレー

画素サイズ×グレー率

白(背景色)

ひび割れ無し㈱保全工学研究所の技術紹介

9ひび割れの抽出性能（最小ひび割れ幅）• 抽出可能な最小ひび割れ幅は、☞１画素の大きさによって決まる☞１画素解像度の20％（理論値）• 抽出実績：ひび割れ幅0.05mm（1画素解像度0.25mm×20％）☞撮影画像の範囲はおよそ1m四方㈱保全工学研究所の技術紹介

10

可視画像の撮影条件の設定• 最小ひび割れ幅＝0.2ｍｍ• 対象面上で1ｍｍ/画素
0.2ｍｍ÷20％
3rd 使用カメラの画素数の設定 • 3000×4000画素（1200万画素）• 画角 3ｍ×4ｍ以下
4th 画角（撮影範囲）の決定（3000画素×1ｍｍ/画素）（画素数×撮影解像度）
1st 最小ひび割れ幅の設定
2nd 撮影解像度の決定

5th 撮影距離から使用レンズの選定• 撮影距離が10ｍの場合
焦点距離90ｍｍレンズ㈱保全工学研究所の技術紹介

11可視画像撮影条件の確認試験• 対象構造物

 高さ1,500mm，幅400mm のアルカリ骨材反応によってひび割れが発生した
柱状試験体
 ひび割れ幅は0.05～1mm 程度• 使用機器 一眼ﾚﾌﾀｲﾌﾟのﾃﾞｼﾞﾀﾙｶﾒﾗ
 撮像素子:22.3× 14.9mm APS-C CMOSセンサ
 有効画素数1,800万画素（5,184×3,456画素）
 撮像感度ISO 100～6,400
 記録ファイル形式：JPEG• 撮影方法 カメラを三脚に固定
 ﾘﾓｰﾄﾚﾘｰｽﾞを使用
 明るい昼間• 撮影条件

 1 画素の大きさが約0.6mm/画素
 画角3.1×2.0ｍ㈱保全工学研究所の技術紹介

12可視画像撮影条件と自動抽出性能• カメラ設定条件
ＩＳＯ 大きすぎると抽出性能が低下
画質劣化が激しい撮影角度 大きすぎると抽出性能が低下
画像撮影には、カメラ設定や撮影角度の制限がある

ISO6400では抽出長さが半減60度以上で抽出性能が急激に低下㈱保全工学研究所の技術紹介

13ひび割れ抽出精度（室内、近距離）• 方法
対象は、壁試験体載荷試験後の残留ひび割れ
マイクロスコープによる目視とKuraves-Actis による測定結果を比較

矢印の部分についてひび割れ幅を計測㈱保全工学研究所の技術紹介

14室内・近距離での精度検証結果• 条件

Microscope Kurave-Actis Resolution
width
width/pix
No. Max-width
(mm)
(mm)
no recog20%
10.05

diff
width(mm)
-

2

0.05

no recog

20%

-

3

0.04

no recog

16%

-

4

0.05

0.03

20%

-0.02

0.04

no recog

16%

-0.04

no recog

16%

-

7

0.15

0.15

60%

0.00

限

8

0.2

0.15

80%

-0.05

界

9

0.2

0.14

80%

-0.06

10

0.08

0.09

32%

0.01

11

0.09

0.07

36%

-0.02

12

0.1

0.05

40%

-0.05

13

0.05

0.06

20%

0.01

14

0.02

no recog8%-

 撮影距離：5.5m
 １画素解像度：0.25㎜/画素
 最小検出ひび割れ幅：0.05㎜

Kuraves-Actisによる自動抽出ひび割れ幅(mm)マイクロスコープによるひび割れ幅（mm）• 目視の誤差と同等レベル 56
0.25抽
出

0.20.15

以
下0.1

0.05

000.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Kuraves-Actisによるひび割れ幅（mm）
マイクロスコープによるひび割れ幅(mm)㈱保全工学研究所の技術紹介

15ひび割れ抽出精度（遠距離）• ダム堤体ひび割れ調査を想定• 条件
撮影距離70m
レンズ焦点距離380㎜＋テレコンバータ×2
撮影時刻
晴天時12時１画素解像度0.6㎜
最小検出ひび割れ 0.12㎜㈱保全工学研究所の技術紹介

16

遠距離での精度検証結果（１）• 0.1㎜以上ひび割れを検出

ひび割れ状況把握のための近接写真

解析用画像の拡大画像㈱保全工学研究所の技術紹介

17

遠距離での精度検証結果（２）Mark No.

ｸﾗｯｸｽｹｰﾙによる画像解析によるひび割れ幅の差

ひび割れ幅

ひび割れ幅

（画像解析―目視）No.1

0.10 ～

0.20 mm0.08 ～

0.21 mm-0.02 ～

0.01 mmNo.2

0.20 ～

0.25 mm0.13 ～

0.37 mm-0.07 ～

0.12 mmNo.3

0.25 ～

0.55 mm0.27 ～

0.46 mm0.02 ～-0.09 mmNo.4

0.15 ～

0.20 mm0.13 ～

0.17 mm-0.02 ～

-0.03 mmNo.5

0.10 ～

0.20 mm0.14 ～

0.18 mm0.04 ～-0.02 mmNo.6

0.15 ～

0.25 mm0.19 ～

0.35 mm0.04 ～

0.10 mmNo.7

0.15 ～

0.20 mm0.12 ～

0.23 mm-0.03 ～

0.03 mmNo.8

0.10 ～

0.15 mm0.17 ～

0.17 mm0.07 ～

0.02 mmNo.9

0.20 ～

0.50 mm0.20 ～

0.52 mm0.00 ～0.02 mmNo.10

0.15 ～

0.25 mm0.07 ～

0.16 mm-0.08 ～

-0.09 mmNo.11

0.05 ～

0.10 mm0.09 ～

0.21 mm0.04 ～

0.11 mmｸﾗｯｸｽｹｰﾙによるひび割れ幅（mm）• ひび割れ幅比較• 検出精度は±0.1㎜
0.60

検出

0.50

限0.40

界
以

0.30

下0.20
0.10
0.00

00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Kuraves-Actisによるひび割れ幅（mm）㈱保全工学研究所の技術紹介

18検出結果とひび割れ幅の確認• ひび割れは、短いベクトル（セグメント）の連続でトレース• セグメント単位でひび割れ幅を保持• 任意のセグメントを指示すると、幅を表示

セグメント㈱保全工学研究所の技術紹介

19ひび割れ幅ヒストグラムの出力• セグメント単位の幅と長さをヒストグラム化が可能• ヒストグラムの比較から、幅と長さ違いを容易に把握できる• ひび割れの進行性を把握することが容易となる
4500

平川パラペット

4000

ひ び割れ延長（ｍｍ）

3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
00.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

11以上

ひ び割れ幅(mm)㈱保全工学研究所の技術紹介

20ひび割れ長さ・密度の計測• ひび割れの長さと分布面積の計測
ひび割れを指定し、その全長の計測が可能
同時に、ひび割れの分布面積の計測が可能
ひび割れの長さと分布面積から密度が求まる㈱保全工学研究所の技術紹介

21

赤外線による浮き・剥離検出の原理 浮き・剥離部は、熱伝導率が低い空気層を挟む

日中の熱還流モデル
（外側）

(内側）
浮き・はく離部 気温変動や直射熱等による熱移動で、浮き部と健全部で温度変化の速度が異なり、温度差を生じる。

ΔＴ℃
布度分の温部
浮き

熱吸収

分布

温度の全部

 温度上昇時：浮き部は高温
 温度下降時：浮き部は低温

健
コンクリートモデル

夜間の熱還流モデル外側）

 コンクリート表面温度差を赤外線サーモグラフィで可視化し、浮き・はく離、漏水部を検出する。
ΔＴ℃

(内側）

（外側）

浮き部の

温度

分布

浮き・はく離部 可視化するチャンスは２回◦ 温度上昇時の午前中 （短時間）◦ 温度下降時の夜間 （安定し長時間）

熱吸収

健全部の
温度分布

ΔＴ℃
熱放射

コンクリート㈱保全工学研究所の技術紹介

22赤外線法の適用条件• 赤外線法の一般的な使用限界

上下角（仰角、俯角） 45°以内
水平角 30°以内
この条件を超える場合は、対象面からの離隔距離を大きくし角度を小さくする。

• 撮影距離赤外線カメラの望遠レンズを使用すると約100mまで可能事例• SC6000の場合距離100mで1画素で12.5㎜標準レンズ使用時の距離25mと同等• SC620の場合距離100mで1画素で17㎜標準レンズ使用時の距離26mと同等㈱保全工学研究所の技術紹介

23熱画像の変形• 熱画像のあおり補正• 可視画像との融合• 可視画像と熱画像一括変形
損傷位置の特定が容易（打音調査等）
寸法、面積が正確経年劣化の比較が容易㈱保全工学研究所の技術紹介

24

熱画像処理機能• 特定温度域のマスキング処理による変温部抽出• 変温部のベクトル化による面積算定や図面化
 結果に個人差が発生しにくい 劣化部の数量が正確㈱保全工学研究所の技術紹介

25

◆適用事例
地下鉄シールドトンネル

小断面トンネル

道路トンネル

浄水場スラブ

LNGタンク防液堤

ボックスカルバート

道路トンネル

高架橋ＰＣスラブ

LNGタンク防液堤

アーチカルバート

地下鉄開削トンネル

道路開削トンネル㈱保全工学研究所の技術紹介

26

◆適用事例
道路トンネル

1,350
1,450

2,800

道路幅員2.7m
高さ2.7m延長55m
小断面トンネル

トンネル断面2,700

撮影機材㈱保全工学研究所の技術紹介

27

◆適用事例
変状展開図

画像接合㈱保全工学研究所の技術紹介

28

トンネルスキャニング技術• 倉敷紡績(株)と共同開発㈱保全工学研究所の技術紹介

29

ラインカメラを用いたトンネル調査• ラインカメラ装置で覆工表面の展開画像を作成 ラインカメラ• ひび割れ、遊離石灰等の変状を抽出• 装置の概要高精度カラーラインカメラ

ﾗｲﾝLED照明

パソコン

 を使用
距離計信号
 容易に分解・持ち運びが可能
分配ボックス バッテリ駆動で高いモバイル性 画像処理が簡易化でき、解析速度が向上光源ボックス
 手押し台車型
撮像スピード：徒歩速度から20km/hまで※駆動台車を使用の場合、30km/hまで可

距離計

バッテリー
鉄道での新技術例㈱保全工学研究所の技術紹介

30

高解像度のカラー展開画像の作成
31

画像解析による損傷の抽出（Kuraves-Actisの活用）

撮影画像の拡大
画像から変状が読み取れる: 0.3~0.5mm: 0.5~1.0mm: 1.0~2.0mm: Water
Infiltration

5 . そ の 他 の 鉄 道 での 新 技 術 例㈱保全工学研究所の技術紹介

31

可視画像撮影方法の違い（原理）ラインカメラ（本手法）

エリアカメラ（従来法）••

１回の撮像で1画素列の画像化
カメラの移動で全体画像を構成••

デジタルカメラ等を使用
１回の撮像で2次元範囲を画像化••

画像補正が１方向と単純1回の走査で全体画像が構成可能•

画像補正が２方向のため複雑•

画像の重複箇所により変状が隠れることがある•

例：コピー機
•例：パノラマ写真

5 . そ の 他 の 鉄 道 での 新 技 術 例㈱保全工学研究所の技術紹介

32

ワシントン地下鉄での事例（USA）• 目的
 漏水箇所の特定
 ひび割れ等の変状部の抽出• 調査方法 漏水：赤外線サーモグラフィ ひび割れ等：ラインカメラ
 軌陸車による走行

軌陸車

ﾗｲﾝｶﾒﾗｼｽﾃﾑ

赤外線ｶﾒﾗｼｽﾃﾑ㈱保全工学研究所の技術紹介

33

Camera set up
Cam 4
Cam 3
Cam 2
Cam 1

Line camera (270 degrees)
ラインカメラを4台使用

次回以降は赤外線カメラ4台で上向きに撮影するよう発注者から指示あり

34㈱保全工学研究所の技術紹介（参考）
初回撮影時（7月14日）のカメラ配置

撮影状況• 移動速度は約10㎞/h

5 . そ の 他 の 鉄 道 での 新 技 術 例㈱保全工学研究所の技術紹介

35

可視画像による変状図の作成• 画像解析により、ひび割れの幅と長さを自動検出
36

ひ び 割 れ 長 さ （ ｍ ｍ）
: 0.3~0.5mm: 0.5~1.0mm: 1.0~2.0mm: 漏水跡
ひ び 割 れ 幅 （ｍｍ ）㈱保全工学研究所の技術紹介

36

熱画像による漏水と遊離石灰析出部の図化
Crack w/ efflorescence（高温部）

Water infiltration（低温部）

5 . そ の 他 の 鉄 道 での 新 技 術 例㈱保全工学研究所の技術紹介

37

煙突への適用事例• 高さ170m• コンクリート製• 地上から画像撮影㈱保全工学研究所の技術紹介

38

検出変状箇所• 赤外線熱画像、可視画像からはく離部• 可視画像からひび割れ（幅0.3㎜）• 今はUAVを活用㈱保全工学研究所の技術紹介

39

海岸護岸での事例• 護岸上からUAVを操縦• 岸壁の画像を連続撮影• 画像接合を行いひび割れ等の変状を検出㈱保全工学研究所の技術紹介

40

変状検出結果（ひび割れ他変状）㈱保全工学研究所の技術紹介

41トンネルでの事例• 鉄道トンネル（地下鉄）• 70m区間を夜間1:00～3:30• HIVIDAS（可視・熱画像）を撮影• ひび割れは、近接工事の影響を比較するため、年3回×2年の計測を実施㈱保全工学研究所の技術紹介

42

調査結果

高感度の赤外線カメラを使用したため温度差の少ない地下鉄㈱保全工学研究所の技術紹介
43
でも浮きの検出が可能であった

10m区間のひび割れの経年変化

ひび割れ幅（mm）
22 年 7 月

ひび割れ幅（mm）
22 年 10 月

ひび割れ幅（mm）
23 年 3 月㈱保全工学研究所の技術紹介

44

橋梁での事例• 道路橋
撮影作業時間は、200㎡を1時間程度
可視画像の撮影を実施
アルカリ骨材反応が進んだ橋梁の床版及び高欄側面についてひび割れの幅及び長さ調査を実施㈱保全工学研究所の技術紹介

45

可視画像：見下げ可視画像（原画像）

可視画像（ひび割れ抽出後）：見下げ

CAD図：見下げ㈱保全工学研究所の技術紹介

46

ひび割れ抽出結果
画像接合

ひび割れ幅ヒストグラム（１）可視画像（見下げ）

ひび割れの自動抽出
大半が0.2mm未満（２）解析結果図（見下げ）47調査結果の評価（例）
ひび割れ幅の集計、密度の算出が可能

評価の区分化48

樋門函内での事例• □1.4m×1.6m×L21m

標準断面図

吐口側全景
49

画像展開図とひび割れ図
可視画像展開図
ひび割れ展開図

(2)

(1)
50

ひび割れ部の拡大画像(1)

展開画像

ひび割れ抽出画像

51ひび割れ部の拡大画像(2)

展開画像

ひび割れ抽出画像52

洞道・共同溝での事例• 壁や頂版までの距離が短い• 配管などが密集している⇒画像撮影が困難㈱保全工学研究所の技術紹介

53

展開画像化と変状部の検出㈱保全工学研究所の技術紹介

54画像診断技術の適用範囲• ダム堤体• ダム監査廊• 水槽内部• 桟橋• 多くのコンクリート構造物での適用事例㈱保全工学研究所の技術紹介

55

点検支援技術性能カタログ掲載• 国土交通省 点検支援技術性能カタログ
橋梁部門にR.5.4月にひび割れ自動抽出ソフト「Kuraves-Actis」が掲載。 (技術番号:BR010059-V0023)
国土交通省HP：
https://www.mlit.go.jp/road/sisaku/inspection-support/→点検支援技術性能カタログの掲載技術一覧をクリック→ダウンロードされたExcelファイル内で上記技術番号を検索していただくと、掲載内容が確認可能。
掲載のために行った技術検証時のデータをまとめた確認シートのリンク有㈱保全工学研究所の技術紹介

56ひび割れの計測精度• 福島RTFにて、橋脚・橋台に設置されたひび割れパネル(0.05mm-1.0mm)を撮影。
撮影した可視画像からひび割れを抽出。

57

ひび割れの計測精度• クラックスケールで測定した値を真値としてソフトウェア上で計測したひび割れ幅から計測精度を算出→クラックスケールを用いた目視計測と同等の精度

ひび割れ幅計測精度 Ｅ （mm） 計算式
𝐸𝐸 =𝑥𝑥1 − 𝑎𝑎 2 + ⋯ + 𝑥𝑥𝑛𝑛 − 𝑎𝑎 2𝑛𝑛

58技術検証時 撮影条件
 F値：6.3 ISO値：100 シャッター速度:1/25秒
 三脚を使用して撮影→対象面が日陰のため、シャッター速度を遅く設定。
(ISO値は100で固定・F値は8前後を推奨）
シャッタースピードを落としたため、撮影画像がブレやすくなるため三脚を使用して撮影。

㈱保全工学研究所の技術紹介

59

技術検証時 撮影条件
 撮影距離：約5-7m 1画素分解能：0.35mm(1画素分解能の20-200%が信頼できる値としてひび割れ抽出可能) 使用カメラ画素数：5472×3648(約2000万画素)→画角が約1.8m×約1.2m
そのため、対象物を分割して撮影。また、後に一枚の画像に接合するため、30%程度ラップするように撮影。

㈱保全工学研究所の技術紹介

60

技術検証時 撮影条件
 被写体との角度：ほぼ正対 照度：1,000lx以上（補助光として外部フラッシュを使用）
 フォーカス：オートフォーカス→対象物の位置が低いため、正対した角度で撮影。
(水平角・仰角ともに30°以内での撮影を推奨)
シャッタースピードを上げるため、補助光を使用。
オートフォーカスで撮影。
暗い場所で撮影する場合はピントが合いづらいためマニュアルフォーカスを推奨。
㈱保全工学研究所の技術紹介

61

オルソ画像精度(長さ計測精度・位置精度)• 橋脚壁面に設置された3点の座標マーカーを撮影。
(P1・P3の2点は既知点として座標情報有)62

オルソ画像精度(長さ計測精度・位置精度)• 撮影画像を正対補正・オルソ化した後に既知点P1、P3の値を用いて画像の縮尺を設定。
その後、座標マーカー間の距離を計測。
計測値と実測値(トータルステーションによる測量)の相対差から精度を算出。
→ X方向に6mm、Y方向に-2mmの誤差
2点間の距離実測値とは5mmの差63