コンクリート系部材のひび割れ計測への画像処理技術による計測システムの適用
214-066 高村 優汰
1.

序とするあばら筋が配置されている。実験は，試験体を単純支コンクリート系部材を対象とした構造実験では，ひび割れ状況をスケッチあるいは写真撮影によって記録し，ひび持し，2 点集中荷重を単調に負荷する 4 点曲げ試験である。
なお，等曲げ区間にあばら筋は配置されていない。

割れ幅についてはクラックスケールによって計測すること

ひび割れの計測は，試験体の等曲げ区間のみを対象とし，が一般的である。しかしながら，これらの手法による計測は試験区間に生じた曲げひび割れを後述する 4 段階ごとに画多大な計測時間を要し，計測者の技量によって計測結果に像撮影すると同時に，2 名の観測者の目視によるひび割れのばらつきが生じる問題がある。

スケッチ，及び，図 4 に示すクラックスケールを用いたひこのような観点から，本研究は，RC 梁の 4 点曲げ実験をび割れ幅の測定を行う。なお，ひび割れ幅の測定は，引張主行い，ひび割れ状況の計測への画像処理技術による計測シ筋の重心位置とする。画像解析に用いる画像は，図 3 の破ステムの適用性について検討する。

線で示す等曲げ区間の半分の範囲を 4000×4000 画素の高解2.

像度で撮影したものである。撮影時は，撮影に影響する自然画像処理技術を用いたひび割れ計測システム
図 1 に画像処理によるひび割れ計測システムのフローチ

光をブルーシートにより遮光し，撮影用照明を用いて試験ャートを示す。システムの概要は，以下の通りである。

体側面の左右から撮影範囲のライティングを行う。

① 画像の入力

4.

ひび割れ特定のための前処理段階として，メディアンフ

実験結果
図 5 に試験体 A の荷重-変形関係を示す。縦軸は荷重 P，横軸は部材中央部のたわみである。図 6 に試験体 A の代表

ィルタによる元画像の平滑化を行う。
② 2 値化によるひび割れの検出
適応的な 2 値化によって，平滑化された元画像を白と黒

表 1 材料の力学的特性
N/mm2 ヤング係数 降伏強度Essy
D1653401.87×10(SD295A)
D6371
1.73×105(SD295A)の二階調に変換する。
③ ノイズの除去・④ ひび割れ画像を出力

材料

ラベリング処理によって連続する白画素に ID を付与し主筋た後，その面積と円形度によって細長く生じるひび割れと横補強筋そうでないものを区分してノイズの除去を行い，ひび割れ画像を出力する。

2N/mm ヤング係数 圧縮強度
EcsB

材料

画像処理技術によるひび割れ幅の計測は，試験体中央上コンクリート部に設置された公称直径 13 mm の円マーカーから画像の 1

1.85×104

D6ピクセルあたりの寸法を割り出し，ひび割れ上のピクセル

su
490495
割裂強度
Ft

27.8
2-D6D10

引張強さ

2.37
P/2

3-D16数を算出する。なお，本実験では，1 ピクセルあたりの大き実験
図 2 に試験体の詳細を示す。また，図 3 にひび割れの計

453.

350
305

さは 0.06 mm である。

測範囲，表 1 に材料の力学的特性を示す。試験体は単筋梁45とし，計 2 体の試験体（試験体 A 及び B）が計画された。

11020045 150両試験体とも，スパンは 2,100 mm，断面寸法は，200×350

800

5002,400

図 2 試験体詳細mm である。主筋（下端筋）は 3-D16（SD295A），せん断ス
P/2

②2 値化

3-D16

45① 入力P/2350305

パン区間に 2-D6@100（SD295A，横補強筋比 pw = 0.32%）③ノイズ除去④出力

図 1 ひび割れ計測システムのフローチャート

250500250

図 3 計測範囲

図 4 クラックスケール

P(kN)

200200

3150
150

24100
100

150500(mm)00101055202015152525

図 5 荷重-変形関係（試験体 A）
P/2bcr2

bcr2P/23-D16

検出画像
bcr1

bcr2

bcr1
ステップ 1bcr1

bcr2

ステップ 3bcr2

図 7 画像処理後のひび割れ画像(bcr2)

圧壊bcr2 (mm)平均誤差
ステップ
クラックスケール画像処理クラックスケール画像処理 bcr1 bcr2
10.04
0.06
0.04
0.06
20.15
0.18
0.3
0.12
23% 41%
32.1
1.92
2.2
1.92
43
2.52
2.8
2.04

ステップ 23-D16

表 2 ひび割れ幅の比較

bcr2

bcr1

ひび割れ図

ステップ 4図 6 ひび割れ推移状況（試験体 A）

bcr1 (mm)することに加え，本実験では，ひび割れ計測区間のコンクリート表面に取り付けた公称直径 13 mm の円マーカーを 1 ピ
クセルあたりの大きさの指標とし，その指標に基づいてひ的なひび割れ状況を撮影されたステップ順に示す。また，そび割れ幅を計測したが，円マーカー自体が真円ではないこのステップ番号を図 5 に示す。図中に示す bcr1 及び bcr2 はひと及び指標に用いた直径が公称径であることによると考えび割れ番号である。実験は，引張主筋の降伏後，等曲げ区間られる。これらのことから，ひび割れ及びその幅を画像処理の圧縮側にコンクリートの圧壊が生じた時点で実験を終了

技術によって検出する際，1 ピクセルあたりの寸法を算出すした。

るためのキャリブレーションの方法を慎重に検討するとと

5.

画像処理技術による計測値と実験時の計測値との比較もに，検出画像におけるひび割れは影として表現されるた

図 7 に代表的な画像処理技術によって検出された画像及

め，撮影用照明光の入射角度によってひび割れ幅の検出にびひび割れ図（図 5，6 中のステップ 3）を示す。また，表誤差が生じることから，画像撮影時の照明光の最適な入射2 は計測対象の引張主筋位置におけるひび割れの幅（ひび割角度を検討する必要がある。

れ番号：bcr1，bcr2）について，クラックスケールによる計測4.

値と画像処理によって検出された計測値及びそれらの誤差結語
本研究の結果，以下のことが得られた。

を示したものである。画像処理技術によって検出されたひ1) 画像処理技術を用いたひび割れ計測システムは，コンび割れ状況は，一部ノイズが認められるものの，実際のひびクリート系部材のひび割れ状況をより正確に記録するこ割れとほぼ同様の状況が検出されている。ひび割れの進展とができるとともに，ひび割れ状況の記録に要する時間に伴ってひび割れを書き足していく目視によるスケッチにを大幅に短縮する計測方法として期待できるが，現段階比べて，画像処理技術によって検出されたひび割れ画像は，では，画像度の高解像度を確保する観点から，ひび割れ試験体の挙動に伴うひび割れ幅の変化を直接確認できるこ

状況の撮影範囲が限定されるため，ある程度局所的なひとから，コンクリート系部材のひび割れ状況をより正確にび割れ状況の計測にのみ適用できる。

記録することができるとともに，それに要する時間を大幅

2) 画像処理技術を用いたひび割れ幅の計測において，キに短縮する計測方法として期待できる。一方，画像処理技術

ャリブレーション及び照明光の入射角度について，慎重によるひび割れ幅の検出結果に着目すると，目視によるクに検討し，そのマニュアルを作成する必要がある。

ラックスケールの計測値と画像処理技術によって検出されこれらの誤差が生じた原因としては，クラックスケールを【謝辞】
ひび割れの画像処理技術による検出は，大阪工業大学情報科学部情報メディア学科 小堀研究室及び佐野研究室が開発した計測システムを使用させていただいた。ここに感謝の意を表します。

用いた目視によるひび割れ幅の計測は計測者の技量に依存（馬場研究室）

た計測値は，最大 60%，平均 23~41%程度の誤差が生じた。