令和2年度土木学会全国大会第75回年次学術講演会

第I部門

維持管理(点検・調査)[I-325] 画像を用いたひび割れ調査における撮影条件と再現性に関する検証
Evaluation about photographing conditions and reproducibility
in the crack detection using digital images〇保泉 亜子1、味岡 収1、福間 智1 （1.計測リサーチコンサルタント）〇Ako Hoizumi1, Osamu Ajioka1, Satoru Fukuma1 （1.Keisoku Research Consultant ）キーワード：デジタルカメラ、ひび割れ、オルソ画像、SfM
Digital-camera, Concrete-crack, ortho-image, SfM
現在我が国ではインフラの老朽化への対策が喫緊の課題であり,画像を用いたひび割れ調査手法は，近接目視点検と比較して,点検員による判読の差が少なく,客観的データ取得が可能な点から注目されている.しかし,画像調査は現場状況等によって画像品質が左右されるため,一定条件で撮影を行うことは困難な場合があり,成果品の品質に影響を及ぼす恐れがある.このことから本稿は画像を用いたコンクリート構造物のひび割れ調査において, SfMMVS解析及びひび割れ抽出の精度に影響を与える撮影条件について相対的に比較を行い検証したものである.

©公益社団法人土木学会

I-325

令和2年度土木学会全国大会第75回年次学術講演会

画像を用いたひび割れ調査における撮影条件と再現性に関する検証

１. はじめに㈱計測リサーチコンサルタント

正会員

○保泉亜子

㈱計測リサーチコンサルタント

非会員

味岡

収

㈱計測リサーチコンサルタント

非会員

福間智

３. 結果

現在,我が国ではインフラの老朽化が進んでおり,国土交（1）カメラ位置推定の比較

通省では,トンネルや道路橋などついて 5 年に 1 度の近接目

表 1 に P1 を原点としたカメラ位置の座標値(以下実測値)

視による定期点検を義務化している.このうち,ひび割れ調と各カメラ設定で撮影した画像から推定された中心カメラ

査は構造物の耐久性や耐荷性を確認する上で重要であり,位置の座標値(C2)を示す.

画像を用いた手法は，近接目視点検と比較して,点検員によ実測値との差では,Y 座標が約30mm 程度対象側へずれたる判読の差が少なく,客観的なデータを取得できる利点を位置にプロットされた.一般的に写真測量では奥行き推定もつ.しかし,現実の定期点検において画像調査は撮影時間精度が良くないとされているが,推定解像度は,全パターンや撮影地点の状況等によって画像品質が左右されるため,において実測値とほぼ同様となった.また Z 軸は 7-8ｍｍの一定条件で撮影を行うことは困難な場合がある.その結果.

誤差がみられたが,Ⅹ座標は約 1-2mm と最も小さかった.
一方,初期値との差は約 1-2mm と小さい為,このことからひび割れ抽出精度にもばらつきが生じ,調査結果に影響しうることが課題となっている.

位置推定は,撮影条件によるばらつきが少ないといえる.

そこで, 本検証では『点検支援技術（画像計測技術）を用いた３次元成果品納品マニュアル【橋梁編】（案）(以下点検マニュアル)』に基づいて設定した撮影条件に対して,一部条件を変更した際のオルソ画像品質とひび割れ幅の比較を行い，それらの初期値と実測値に対する再現性を検証SSすることを目的とする.

F値

ISO

露出

1回目(初期値)

1/1258200±0

2回目

1/1258200±0ISO800

1/500

8800±0F41/500

4200±0

露出+0.71/808200 ±0.7

２.方法
対象は既存のクラックがみられる RC の橋脚とし,その一面の幅 1100mm、高さ 700mm を検証範囲とした.カメラはNIKON D810，24ｍｍ広角レンズを使用し,三脚に据えて位

図 1. 撮影イメージと撮影条件
表 1. カメラ位置の座標(C2)置を固定し,撮影条件を変更しながら対象と正対するように各 3 枚撮影した. 点検マニュアルに則り,解像度は 0.1mm

実測値のひび割れを補足できる 0.3mm/pixel 以下に対応するよう

C2に 0.278mm/pixel とした.
本検証で用いた撮影条件を図 1 に示す.初期値および 2 回実測値との差mmXYZ

550.0-1366.0

353.0

XY0.0

初期値との差Z0.0XY

解像度
Z0.0ｍｍ/pixel
0.278

1回目(初期値)

551.2-1336.9

359.7

1.2

29.1

6.7

0.0

0.0

0.0

2回目

551.1

-1335.9

360.8

1.1

30.1

7.8

0.0

1.0

1.1

0.276

ISO800551.5-1335.9

359.9

1.5

30.1

6.9

0.4

1.0

0.2

0.276

0.276

F4

551.2

-1335.2

360.2

1.2

30.8

7.2

0.0

1.7

0.6

0.276

露出+0.7551.4-1337.1

360.61.4

28.9

7.6

0.2

-0.1

0.90.276（2）推定タイポイント

目は同条件であり,点検マニュアルの推奨設定に基づいてタイポイントは SfM における画像マッチング結果であ

絞り優先モードで設定し,他パターンは,シャッタースピーり,位置姿勢が推定された隣接画像の特徴点を三角測量にドを考慮して ISO や絞り,露出のみを変更したものである.

よって三次元座標に投影したものである.これは MVS に

これを Agisoft 社の Metashape1.6.0 で SfM- MVS 解析を行よる高密度点群やメッシュ及びオルソ画像生成の基礎とない,オルソ画像の作成をした.この時、全パターンに撮影範囲る.のスケールを入力し,同一のキャリブレーションデータを固定の内部パラメータとした.

本検証では,位置姿勢を固定して撮影を行い,また前述した通り,推定されたカメラ位置は撮影条件によるばらつき

キーワード デジタルカメラ，ひび割れ，オルソ画像，SfM
連絡先〒120-0006 東京都足立区谷中 2-10-7 エムケイビル

電話：03-5673-7050

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令和2年度土木学会全国大会第75回年次学術講演会が少なかったことから,タイポイント数の変動要因は画像の 3 パターンに分類した.図 3 においてひび割れ幅の誤判定

中の特徴点抽出量の影響が比較的大きくなるといえる.の割合とそれぞれのシャッタースピードを比較した.

SfM によって推定されたタイポイントと画像毎のタイポ

最も誤判定が少なかったのは F4 であり,最多は露出+0.7

イント数を図2 に示す. 初期値,２回目,露出+0.7 においてタであった.この結果はシャッタースピードとの相関があり,イポイント数は 8000 点以上あったが,ISO800 では初期値の露出時間が短いほど誤判定も少ない傾向にあった.

37％,F4 では 59％となった. また,露出を上げることによ

しかしながら,ISO800 はシャッタースピードが F4 とほぼってタイポイント数がわずかに増加したことから,明度変同様である一方,誤判定率は初期値や2 回目とほぼ同様あっ化による影響は比較的小さいといえる.

た.

このことからタイポイント数は,ノイズ(ISO 感度)やボケ

上記のことから,ひび割れ抽出精度にはシャッタースピ(絞り)の影響を受けやすくモデルやオルソ画像の欠測の一ードに加えて ISO を上げたことによる画像中のノイズも他要因ともなりうる.

要因に比べ影響が大きいといえる.

9000

70%

0.014

8000

60%

0.012

50%

0.010

5000

40%

0.008

4000

30%

0.006

3000

20%

0.004

10%

0.002

7000
6000

2000
1000

0%

0
2回目

ISO800

タイポイントC1

1回目（初期値）

C2

1回目

露出+0.7

F4

2回目

ISO800F4

露出+0.70.000

(初期値)

誤判定

C3

図 2. タイポイント

平均シャッタースピード

図 3. 誤判定の割合とシャッタースピード（3）オルソ画像スケール比較４．まとめ生成されたオルソ画像のスケールの比較を行ったものを

本検証は画像を用いたひび割れ調査において,推奨撮影

表 2 に示す.実測値との差は幅については,1mm 以下,撮影画条件とそれを基に一部条件を変更した撮影パターンか像がオーバーラップをしていない高さ方向については

ら,SfM-MVS 解析結果及びひび割れ抽出において相対的に2mm 程度に収まり条件の変更にも関わらず安定した結果精度に影響を与える要因について検証したものである.
SfM-MVS では,撮影時のカメラ設定によってタイポインが得られた.
このことから,オルソ画像のスケール精度はタイポイン
トよりカメラ位置推定の影響が大きいといえる.の影響が大きかったものの,カメラ位置推定とオルソ画像

表 2. オルソ画像スケールmm
実測値

オルソ幅のスケールでは撮影条件による差がみられなかった.

実測値との差mm

高さ

1100700

1回目(初期値)

1100.046

2回目

1099.768

ISO8001100.046

幅

トはシャッタースピードよりもボケ(F4)やノイズ(ISO800)

一方,ひび割れ抽出は本検証おいては,その判定精度がシ初期値との差mm

高さ幅

高さ

ャッタースピードおよび ISO を上げたことによるノイズ影

00702.228

0.0

2.228

00701.95

0.046

2.228-0.278-0.278701.95-0.232

1.95

0-0.278F41099.768

702.228

0.046

1.95-0.278

0露出+0.7

1099.768

702.228-0.2322.228-0.278

0

響が他の撮影条件に比べて大きいことが言える.
今後は,撮影条件による影響についてより精度の高い検証を行うために,カメラ位置の測量や,撮影枚数を増やすなどより現実に近い条件での検証に加えて,ひび割れ幅の分布と長さについての評価を行う必要がある.

（4）ひび割れ幅の比較
目視によって計測した5 箇所のひび割れ幅と,オルソ画像

５．参考文献に自社のソフトウェアでひび割れ抽出を行った結果を比較

1）国土交通省 道路橋定期点検要領 2019.2

した.ソフトウェアの都合上,オルソ画像は明度調整を行い,

2）国土交通省 点検支援技術（画像計測技術）を用いた３

明るさを統一してから抽出を行った.ひび割れ抽出の凡例

次元成果品納品マニュアル【橋梁編】（案）2019.3

は 0.1-0.4mm の範囲を 0.1mm 毎に分けた.

3）D. Mistry, A. Banerjee, Comparison of Feature Detection and

目視結果に対してひびわれ抽出結果を合致,近似,誤判定

Matching Approaches: SIFT and SURF，GRD Journals, 2017

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