JPH0755426A

JPH0755426A - 管内測定方法

Info

Publication number: JPH0755426A
Application number: JP5198493A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 宏一木村; Takeetsu Shibano; 健悦柴野
Original assignee: KIDO GIKEN KK
Current assignee: KIDO GIKEN KK
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-03-03
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JP2531488B2

Abstract

(57)【要約】【目的】管体内部の測定点の位置や距離情報を簡単か
つ正確に得ることのできる管内測定方法を提供する。【構成】画像撮影手段で測定管体１０の内部を管軸方
向に撮影し、ＴＶモニタなどの表示画面４２に得られた
管体内部の撮影画像１０′上で、測定点ＰD の位置およ
び測定点ＰD が含まれる管断面の中心点Ｃなどの情報を
求め、この画像上位置情報と、予め導き出された、測定
点の画像上位置と実物位置との相関関係にもとづいて、
測定点の位置情報を取得する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、管内測定方法に関
し、詳しくは、上下水道配管などの内部をＴＶカメラな
どで撮影し、撮影された画像を観察して、管内の破損や
ひび割れ、異物の存在などを調査する技術において、撮
影された画像から、管内の測定点の位置情報や測定点間
の距離情報などを取得するための方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】作業
員が入ることのできないような狭い配管内に、小型のＴ
Ｖカメラが搭載された自走車やロボットを走行させ、配
管内の状況を外部に設置されたＴＶモニタに表示させて
配管検査を行う技術は、既に知られている。ＴＶモニタ
上で、撮影画像に重ねて、グラフィック・スケールやグ
ラフィック・カーソルを表示し、これらのグラフィック
画像と撮影画像を比較して、配管内の測定点の位置や距
離情報を正確に知ろうとする技術も開発されている。

【０００３】しかし、ＴＶモニタに表示された撮影画像
は、実際の配管内における測定点の位置や距離を、一定
の割合で拡大もしくは縮小したものである。したがっ
て、撮影画像から、実際の測定点の位置や測定点間の距
離を正確に知るには、撮影画像の拡大縮小率が判らなけ
ればならない。ところが、撮影画像の拡大縮小率は、Ｔ
Ｖカメラから測定点までの距離によって違ってくる。そ
こで、従来は、測定点がＴＶカメラから一定の距離にき
たときに、そのときの撮影画像上で測定点の位置を測定
したり、２つの測定点がＴＶカメラに対して一定の同じ
距離に並んだ状態で測定点間の距離を測定したりする必
要があった。

【０００４】しかし、配管内を走行する自走車上のＴＶ
カメラと、管内の任意位置に存在する測定点との距離
を、正確に知ることは困難であり、また、任意の測定点
を常にＴＶカメラから一定の距離に配置することも困難
である。このような問題を解決する方法として、特開平
３−２１２６１０号公報に開示された技術がある。この
方法は、立体ＴＶカメラを用いるとともに、立体ＴＶモ
ニタ上に表示された撮影画像に重ねて、立体視用の測長
用画像を表示できるようにしておき、測定点と測長用画
像が立体視で同じ距離に見えるように測長用画像を調整
することで、測定点の正確な位置および距離を測定でき
るようにしている。

【０００５】しかし、この改良された技術では、立体Ｔ
Ｖカメラおよび立体画像の処理装置が必要であるため、
装置が複雑になったり、処理コストが高くついたりする
問題があり、さらなる改善が要望されている。そこで、
この発明の課題は、立体ＴＶカメラを使用しなくても、
管体内部の測定点の位置や距離情報を簡単かつ正確に得
ることのできる管内測定方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる管内測定方法は、画像撮影手段で測定管
体の内部を管軸方向に撮影し、得られた撮影画像上で、
測定点位置および測定点が含まれる管断面の情報を求
め、この画像上情報と、予め導き出された、画像上位置
と実物位置との相関関係にもとづいて、測定点の位置情
報を取得する。

【０００７】この発明では、測定管体の内径が知られて
いることを前提にして、この測定管内の内径を基準にし
て、測定点の位置情報を得る。したがって、測定管体と
しては、その材質や寸法は自由に設定できるが、その内
径については、予め測定しておくか、内径が既知の管体
に適用する必要がある。管体の内部を撮影する画像撮影
手段は、通常のＴＶカメラあるいはＣＣＤカメラ、写真
カメラなど、管体の内部で撮影が可能な装置であれば、
任意の撮影手段が利用できる。これらのカメラは、通常
の可視光を捉えるものの他、赤外線などの不可視光や放
射線を捉えるものなどでもよい。画像撮影手段には、単
体または複数のレンズを組み合わせた光学系を備え、こ
の光学系で得られた画像を、フィルムに固定したり、電
気的な画像情報に変換したりして、撮影画像を得る。光
学系は、画像の拡大倍率あるいは焦点距離が一定のもの
のほか、焦点距離が複数段階に変更できるようになって
いたり、焦点距離が連続的に変更できるズーム機構を備
えていてもよい。光学系の焦点距離が変わる場合には、
後述する関係式における焦点距離の値を修正すればよ
い。画像撮影手段には、管体の内部を照明する照明装置
や、カメラの位置や向きを変える移動機構、首振り機構
などを備えておくこともできる。

【０００８】画像撮影手段で得られた電気的な画像情報
を、測定管体の外部に設置された画像表示手段に表示す
るようにすれば、作業者が管体内部を観察しながら、測
定作業を行うことができる。画像表示手段としては、ブ
ラウン管などからなる、いわゆるＴＶモニタや液晶表示
パネルなどが使用できる。画像撮影手段を電気的な画像
情報に変換しなくても、撮像フィルムを拡大焼付したり
投影映写したりすることも、画像表示手段に含まれる。

【０００９】画像表示手段に表示される撮影画像は、実
際の測定管体の位置や距離情報が拡大もしくは縮小され
ていることになる。測定管体の位置や距離情報は、画像
撮影手段で撮影された段階すなわち撮像面上で光学的に
拡縮されており、つぎに、撮像面で得られた画像情報が
電子的に変換されたり、撮像フィルムを拡大焼付したり
する段階でも、撮影画像が拡大もしくは縮小される。測
定管体の実物位置や距離と撮像面上の画像との拡縮率
は、前記した光学系などの光学特性によって決まる。ま
た、撮像面上の画像と、表示画面などに最終的に得られ
た画像の拡縮率は、画像撮影手段や画像表示手段の機械
的もしくは電気的な構造によって決まる。画像表示手段
では、画面の拡縮率を変えることのできる機能を備えた
ものがあり、撮像フィルムから焼き付けたり拡大映写し
たりする場合にも、画像の拡縮率が変わる。したがっ
て、このような場合には、後述する画像拡縮小率を修正
する必要がある。

【００１０】画像表示手段に、撮影画像に重ねて、後述
する管断面指示画像や測定点指示画像、目盛り画像など
を表示する機能、いわゆるスーパーインポーズ機能を備
えておけば好ましい。これら管断面指示画像などは、画
像表示手段に接続されたコンピュータや画像処理装置で
作成および表示制御される。コンピュータや画像処理装
置には、前記管断面指示画像などの表示位置や大きさ、
形状などを指示する入力装置を備えておく。画像表示手
段に、撮影画像を画像解析して、必要な情報を得る画像
解析装置を接続しておくこともできる。さらに、撮影画
像および取得情報を記憶する記憶装置や測定結果を印刷
する印刷装置、測定情報を外部機器に伝達する情報伝達
装置などの外部装置を備えておくこともできる。

【００１１】画像撮影手段は、管体の内部を走行自在な
自走車に搭載しておくのが好ましい。自走車の構造は、
通常の管体検査に使用されているものと同様の構造が採
用できる。自走車は、車輪などで任意の方向に走行でき
るようにしておいてもよいし、管体内に敷設された線路
やガイドレールに沿って走行するようにしておいてもよ
い。自走車には、画像撮影手段のみを搭載しておいても
よいし、画像撮影手段に接続される機器類の一部をも搭
載しておいてもよい。自走車に搭載された機器類と、測
定管体の外部に設置される機器類との間は、通信ケーブ
ルや無線で情報伝達できるようにしておく。自走車に、
管体の補修作業などを行う作業装置を搭載しておくこと
も可能である。

【００１２】この発明の管内測定方法は、上記のような
装置を用いて、以下のとおりに実行する。まず、画像撮
影手段で測定管体の内部を管軸方向に撮影する。具体的
には、画像撮影手段の光学系の中心軸と管体の中心軸と
が一致するか少なくとも平行になるように画像撮影手段
を配置して撮影を行えばよい。撮影された画像には、測
定管体の内壁面が同心円状であるか、または、中心がず
れて重なった偏心円状で、奥行方向に向かって徐々に小
さくなる形で表されることになる。

【００１３】この撮影画像上で、画像上情報として、測
定点が含まれる管断面の中心点や半径などの情報と測定
点の位置を求める。測定点とは、管体内に存在する傷や
異物など測定の対象となる部分の一点である。測定点が
含まれる管断面とは、測定管体を管軸方向と直交する面
で切断した断面のうち、その上に測定点が存在するよう
な断面である。測定点が管内面上に存在する場合には、
測定点を含む円周で管を切断する円形断面を想定して、
この円形断面の中心点や中心点から内面までの距離など
を求めるようにすればよい。測定点が管内面よりも中心
に近い位置に存在する場合には、測定点から管内面側に
延長した線が管内面と交わる点が想定し、この点を含む
円周で管を切断する円形断面を想定すれば、前記同様に
中心点などを求めることができる。

【００１４】このような測定点を含む管断面の求め方
は、画像から人間が感覚的に判断して求めればよい。ま
た、人間の判断を助けるために、ＴＶモニタなどの画像
表示手段に表示された撮影画像に重ねて、前記スーパー
インポーズ機能を使って、十字線や円環線、欠円弧線、
点などの図形からなる管断面指示画像を表示するととも
に、この管断面指示画像を拡大縮小したり前後左右に自
由に移動できるようにしておき、管断面指示画像を、測
定点を含む管断面の円周や中心点に一致させることによ
って、管断面の位置あるいはその中心点の位置を正確に
取得できるようにしておくのが好ましい。さらには、撮
影画像を画像分析装置で画像分析し、コンピュータなど
で演算処理して、管断面の情報を求めることも可能であ
る。

【００１５】画像撮影時に、管体の中心軸と画像撮影手
段の光学系の中心軸とが一致していれば、撮影画像上
で、全ての管断面の中心点が一致する。すなわち、管断
面が同心円状に表示される。この場合には、一個所の測
定点すなわち管断面について中心点を求めるだけでよ
い。画像撮影時に、管体の中心軸と画像撮影手段の光学
系の中心軸が平行でずれている場合には、撮影画像上で
は、管断面の奥行距離にしたがって中心点の位置がずれ
る。この場合には、各管断面について、その中心点など
の管断面の情報を求めればよい。また、複数の管断面に
ついて中心点を求め、そのずれ量と、予め求めておいた
奥行き方向の距離の情報とを元に、任意の管断面におけ
る中心点の位置を算出できるようにすれば、全ての測定
点について管断面の中心点を求める手間が省ける。

【００１６】測定点の位置を求めるにも、前記管断面指
示画像と同様の測定点指示画像を利用すれば、測定点の
位置を簡単かつ正確に取得することができる。撮影画像
上での、測定点の位置および管断面の中心点などに関す
る情報は、コンピュータなどに入力して、後述する実際
の測定点の位置情報を求める演算処理に用いる。

【００１７】上記で得られた撮影画像上での測定点およ
び管断面の情報から、測定点の実物位置の情報を求める
には、両者の相関関係を予め導き出しておき、この相関
関係を表す数式などに当てはめればよい。具体的には、
以下の(A) 〜(C) の関係式などが適用できる。以下の関
係式で、Ｄ：測定点が含まれる管断面において、測定点から管断
面の中心点までの半径距離ＤP ：管内面上の点から管断面の中心点までの半径距離 θ：管断面の中心点から半径方向に延長された基準線と
測定点から管断面の中心点を結ぶ線との挟角を表す。

【００１８】(A) 測定点から画像撮影手段の光学系まで
の軸方向直線距離Ｌを、下式(1) で求める。Ｌ＝｛Ｒ0 ／（ＤP ・Ｃe ）＋１｝・ｆ ……(1) ここで、Ｃｅ：画像拡縮係数Ｒ0 ：実際の管内面半径ｆ：画像撮影手段の光学系の焦点距離Ｃe は予め、以下の方法で求めておく。

【００１９】測定管体の管内面で画像撮影手段の光学系
から距離Ｌ0 の位置に基準点を設定して、測定管体の内
部を管軸方向に撮影し、得られた撮影画像上で、基準点
が含まれる管断面を求め、その中心点から基準点までの
半径距離Ｄ0 を測定し、これらの値と、実際の管内面半
径Ｒ0 および前記光学系の焦点距離ｆの値から、下式
(1) ′により画像拡縮係数Ｃe を算出する。

【００２０】Ｃe ＝（Ｒ0 ／Ｄ0 ）・ｆ／（Ｌ0 −ｆ） ……(1) ′ なお、画像撮影手段および画像表示手段の構造を変えた
り、画像表示手段の画面の大きさを調整したりした場合
には、画像拡縮係数Ｃｅが変わる可能性がある。このよ
うな画像拡縮係数Ｃｅが変わる要因が生じた場合には、
前記した画像拡縮係数Ｃｅの再測定を行えばよい。ま
た、画像表示手段などの画面制御機構に連動させて、画
像拡縮係数Ｃｅの調整が自動的に行われるようにしてお
くと、便利である。これは、光学系の焦点距離ｆが変わ
る場合も同様である。

【００２１】上記したＣｅの算出方法は、光学系の焦点
距離ｆが予め判っている場合であるが、焦点距離ｆが判
らない場合にも、下記の方法によって、焦点距離ｆを求
め、それからＣｅを求めることができる。予め距離Ｌ₁
およびＬ₂が判っている２つの基準点Ｐ₁、Ｐ₂につい
て、前記同様の撮影画像上で、前記管断面の半径距離Ｄ
₁とＤ₂の比率Ｂを求める。各点Ｐ₁、Ｐ₂について
の、前記(1) 式を連立させれば、下式が得られる。

【００２２】ｆ＝（Ｌ₂−Ｂ・Ｌ₁）／（１−Ｂ） …… (1)″ ここで、Ｂ＝Ｄ₁／Ｄ₂ 得られたｆの値と、前記(1) ′式からＣe が求められ
る。上記で得られた画像撮影手段の光学系から測定点ま
での距離Ｌに、画像撮影手段の絶対位置を加えれば、測
定点の絶対位置が判る。画像撮影手段の絶対位置とは、
画像撮影手段が搭載された自走車などの位置を、管体の
外部で地表などに設定された基準位置からの距離や方向
で表した位置情報である。測定点の絶対位置が判れば、
測定点の位置で管体の補修や交換作業を行う際に、正確
な位置を知ることができる。このような画像撮影手段ま
たは自走車の絶対位置を知るには、電磁波やレーザーな
どを利用した、各種の測量方法や移動物体の位置情報を
得る装置を用いればよい。

【００２３】(B) 測定点から管断面の中心点までの半径
方向距離Ｒを、下式(2) で求める。Ｒ＝Ｄ・Ｒ0 ／ＤP ……(2) ここで、Ｒ0 ：実際の管内面半径 (C) 測定点と基準線とのなす角度Ｘを、下式(3) で求め
る。Ｘ＝θ ……(3) 上記(A) 〜(C) 項の関係式(1) 〜(3) を組み合わせれ
ば、任意の測定点間の立体的な位置関係を求めることが
可能である。また、任意の二点間の位置関係が判れば、
任意の立体図形の面積や体積を求めることもできる。す
なわち、任意の測定対象に対して、その位置や距離、面
積、体積などの情報を得ることができる。

【００２４】たとえば、管内面上にある２点ＡＢ間の軸
方向直線距離ＬABは、前記(1) 式をもとにして、ＬAB＝（Ｒ0 ／Ｃe ）・ｆ・（１／ＤA −１／ＤB ） ……(11) ＤA 、ＤB ：撮影画像上でＡ、Ｂ点から中心点Ｃまでの
半径距離同じ管断面の管内面上にある２点ＡＢ間の直線距離ＭAB
は、前記(3) 式から、ＭAB＝２Ｒ0 sin ( θAB／２） ……(31) θAB：ＡＢ点と中心点Ｃを結ぶ線の狭角なお、２点ＡＢ間の円弧距離Ｍ′ABは、Ｍ′AB＝θAB・Ｒ0 ……(32) 管内面上にある任意の２点ＡＢ間の直線距離ＸABは、(1
1)式と(31)式を組み合わせて、ＸAB＝｛（ＬAB）²＋（ＭAB）²｝^0.5 ……(12) 同じ管断面で半径方向に離れた２点ＡＢ間の直線距離Ｎ
ABは、前記(1) をもとにして、ＮAB＝（Ｒ0 ／Ｄ）・（ＤA −ＤB ） ……(13) 上記したような画像上位置情報と実物位置との相関関係
式(1) 〜(31)や算出過程を、予めコンピュータにプログ
ラミングしておけば、迅速かつ正確に処理することがで
きる。

【００２５】つぎに、測定点の実物位置や距離の情報
を、ＴＶモニタなどの画像表示手段の表示画面上で直接
知るためには、表示画面に、目盛り画像を表示させれば
よい。目盛り画像は、一定の間隔毎に目盛りや数字が表
示された画像であり、前記管断面指示画像や測定点指示
画像と同様の手段で作成することができる。目盛り画像
としては、管体の管軸方向と平行な方向に直線的に延び
る管軸方向目盛り、管断面の中心点から半径方向に向か
う線の一部からなる半径方向目盛り、管断面の中心点と
同心の円周方向に延びる円周方向目盛りなどがある。目
盛り画像の目盛り間隔や目盛り数字は、前記したよう
な、測定点の画像上位置と実物位置との相関関係、具体
的には相関関係式(1) 〜(31)等にもとづいて、作成すれ
ばよい。

【００２６】このような目盛り画像を、表示画面の撮影
画像に重ねて表示し、測定点の画像上位置と目盛り画像
を対比すれば、目盛り画像の目盛りを数えたり、目盛り
数字を読み取ることで、測定点の位置情報を取得するこ
とができる。また、目盛り画像で、直観的に測定点の位
置情報がおおよそ読み取れるようにしておくとともに、
前記した測定点指示画像で測定点の正確な位置を取得す
れば、より正確な位置情報を得たり、測定点の位置情報
を、測定点間の距離や面積などの算出に利用し易くな
る。

【００２７】

【作用】図２には、測定管体１０の内部を画像撮影手段
で撮影するときの状態を模式的に表し、図３には、撮影
された画像を表示しているＴＶモニタの表示画面４２を
表しており、これらの図を参照しながら、この発明の作
用を説明する。図２で、管内面上に点Ｐを設定する。こ
の点Ｐから管体１０の中心軸Ｃまでの距離Ｒ0 は、管体
１０の口径の半分すなわち半径である。点Ｐから距離Ｌ
だけ離れた位置に、画像撮影手段３０の光学系３２の基
準位置がある。光学系３２の基準位置とは、光学的な基
準となる位置であり、物理的な中央位置とは一致しない
場合もある。光学系３２の後方には撮像面３４がある。
光学系３２の中心軸は管体１０の中心軸Ｃと一致させて
いる。光学系３２の基準位置から光学系３２の焦点Ｆま
での距離ｆが焦点距離である。点Ｐから出た光が光学系
３２を経て撮像面３４の点Ｐ′として捉えられる。中心
軸Ｃから点Ｐ′までの距離がＨである。

【００２８】撮像面３４で捉えられた点Ｐ′が、電子情
報として処理されて、ＴＶモニタの表示画面４２に、点
ＰD として表示される。表示画面４２には、管体１０の
内面状態が手前から奥行方向へと小さくなる同心円の集
まりとして表示されている。点ＰD から、点ＰD を含む
管断面の中心点Ｃまでの距離がＤP である。図２におい
て、光学系３２の機能から下記の式が成立する。

【００２９】Ｈ／ｆ＝Ｒ0 ／（Ｌ−ｆ） ……(4) Ｃe ＝Ｈ／ＤP ……(5) ここで、Ｃe は、撮像面３４で捉えられた画像と、表示
画面４２に表示された画像との拡大または縮小率すなわ
ち画像拡縮係数を表す。この画像拡縮係数Ｃeは、画像
撮影手段３０から画像表示手段への電子的な情報の処理
回路の特性によって決まり、点Ｐの位置には影響を受け
ない定数となる。

【００３０】上記(4)(5)式から下式が求められる。Ｃe ＝（Ｒ0 ／ＤP ）・｛ｆ／（Ｌ−ｆ）｝ ……(6) したがって、Ｌ＝｛Ｒ0 ／（ＤP ・Ｃe ）＋１｝・ｆ ……(1) この(1) 式で、画像拡縮係数Ｃe 、管体１０の半径Ｒ0
、焦点距離ｆは、全て予め知ることができるから、表
示画面４２上での点Ｐと中心点Ｃの距離ＤP を測定する
だけで、実際の管体１０内での点Ｐから光学系３２まで
の距離Ｌが求められることになる。

【００３１】同様にして、前記(2) (3) 式なども求めら
れる。何れの式(1) …でも、表示画面４２上での点Ｐと
中心点Ｃの位置関係が判れば、実際の点Ｐの位置情報が
得られることになる。このように、管体１０の内部を管
軸方向に撮影した画像から、点Ｐの位置情報を求めるこ
とができるのは、この撮影画像には、管体１０の内面円
周が、手前から奥行き方向へと、画像撮影手段からの距
離に応じて、一定の割合で縮小された形で表示されてい
るとともに、管体１０の中心から管内面までの距離すな
わち管体１０の半径Ｒ0 は常に一定になることを利用し
ているためである。管体１０の半径Ｒ0 と、撮影画像上
に表れた半径ＤP との拡縮率を基準にすれば、任意の点
Ｐとその点Ｐを含む管断面の中心点Ｃとの位置関係の拡
縮率が判る。

【００３２】すなわち、この発明は、管体１０の半径Ｒ
0 が一定であり、管体１０の管軸方向に撮影した画像に
は、各断面位置における管体１０の半径ＤP が、一定の
比率で拡縮されて表示されることに着目した結果、撮影
画像上での点Ｐを含む管断面の情報と、その管断面内で
の点Ｐの位置情報とを得るだけで、点Ｐの実物位置情報
を、簡単かつ正確に得ることができるのである。

【００３３】

【実施例】ついで、この発明の実施例について、図面を
参照しながら以下に説明する。図１は、この発明にかか
る管内測定装置の全体構成と測定作業の実施状態を表し
ている。地盤９０に立坑９２が掘削され、立坑９２の側
面から水平方向に埋設管１０が埋設されている。この埋
設管１０が測定管体となる。測定管体１０の内部には、
画像撮影手段となるＴＶカメラ３０を搭載した自走車６
０が送り込まれる。自走車６０の構造は、通常の管内測
定あるいは管内作業に利用されているものと同様であ
る。自走車６０に接続されたケーブル６２が、埋設管１
０の後端から立坑９２を経て、地上のケーブルリール６
４まで引き出されている。ケーブル６２は、自走車６０
に電力を供給したり、自走車６０およびＴＶカメラ３０
の作業を制御する指令情報を送ったり、ＴＶカメラ３０
で撮影された画像を電気信号に変えて地上に伝達したり
する。地上で、ケーブルリール６４から、画像制御装置
４０およびパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと
略称する）５０へと、情報が伝達される。

【００３４】画像制御装置４０は、その表示画面４２
に、ＴＶカメラ３０で得られた撮影画像を表示する。パ
ソコン５０は、画像情報から測定点の位置や距離などを
算出するためのプログラムが作動するようになってい
る。また、パソコン５０では、中心点指示画像や測定点
指示画像、目盛り画像などを作成し、パソコン５０に組
み込まれたスーパーインポーズ回路を経て、画像制御装
置４０の表示画面４２に、撮影画像に重ねて、前記各種
の画像を表示する。また、パソコン５０の入力装置を使
って、前記中心点指示画像などの位置や形状を変えて、
撮影画像の所望の位置に所望の画像を重ねられるように
しており、中心点指示画像の移動位置や形状の情報は、
パソコン５０に送られる。なお、画像制御装置４０とパ
ソコン５０は、一体化されていたり、前記したそれぞれ
の機能構造が一部入れ代わっていても構わない。例え
ば、パソコン５０の表示画面に、撮影画像と中心点指示
画像などを表示することも可能である。

【００３５】つぎに、上記のような管内測定装置を用い
て、管内測定を行う方法を説明する。管内測定を開始す
る前に、画像拡縮係数Ｃｅを測定する方法について説明
する。但し、画像拡縮係数Ｃｅが、ＴＶカメラ３０や画
像制御装置４０などの構造や特性から予め算出できる場
合には、このような測定は必要ない。

【００３６】図２において、予め距離Ｌ0 の判っている
基準点Ｐ0 を設定する。この基準点Ｐ0 は、実際に測定
を行う測定管体１０に設定してもよいし、測定管体１０
と同じ口径のダミー管、あるいは、測定管体１０とは関
係なく予め口径が判っているダミー管を用意して、この
ようなダミー管内に基準点Ｐ0 を設定して、画像拡縮係
数Ｃｅの測定を行うようにしてもよい。

【００３７】ＴＶカメラ３０で、測定管体１０の内部を
管軸方向に撮影する。そうすると、図３に示すような表
示画面４２に撮影画像が得られる。この撮影画像上で、
基準点Ｐ0 が含まれる管断面の中心点Ｃから基準点ＰD0
までの半径距離Ｄ0 を測定する。中心点Ｃの決定は、後
述する手順による。実際の管内面半径Ｒ0 および前記光
学系の焦点距離ｆは、予め測定しておく。

【００３８】上記測定結果から、前記式(1) ′により画
像拡縮係数Ｃe が算出される。なお、光学系の焦点距離
ｆが判らない場合、予め距離Ｌ₁およびＬ₂が判ってい
る２つの基準点Ｐ₁、Ｐ₂について、前期同様の測定を
行い、それぞれの測定結果を前記(1) 式に代入して、得
られた連立方程式を解けば、焦点距離ｆおよび画像拡縮
係数Ｃe を求めることができる。

【００３９】具体的には、光学系の焦点距離ｆは、例え
ば下式で求められる。ｆ＝（Ｌ₂−Ｂ・Ｌ₁）／（１−Ｂ） ……(14) ここで、Ｂは、撮影画像上での、Ｐ₁点とＰ₂点それぞ
れの管断面の中心点Ｃからの半径距離ＤP1、ＤP2の比で
あり、Ｂ＝ＤP1／ＤP2で表される。つぎに、実際に測定
を行う測定管体１０に、ＴＶカメラ３０を搭載した自走
車６０を送り込み、測定管体１０の管軸方向に撮影す
る。

【００４０】このとき、図３に示すような撮影画像が、
表示画面４２に表されたとする。表示画面４２には、管
体内面画像１０′に重ねて、縦横に画面全体を横断する
十字線からなる中心点指示画像１１０と、小さな十字カ
ーソルからなる測定点指示画像１１２が表示されてい
る。パソコン５０のキー入力などで、中心点指示画像１
１０の十字交点を縦横に移動させる。中心点指示画像１
１０の十字交点を、管体内面画像１０′の中心点Ｃに一
致させる。管体内面画像１０′の中心点Ｃは、管体内面
の曲面形状をもとに知ることができる。具体的には、管
体同士の継目では明確な円形の輪郭形状が表れるので、
この円形輪郭の丁度真ん中に中心点Ｃがあることが判
る。また、管体の内面加工の際に形成された円周方向の
加工跡から中心点Ｃを見つけることもできる。図では、
管体内面画像１０′の奥行き方向において、中心点Ｃの
位置は常に同じ位置にあるので、任意の管断面位置で中
心点Ｃを決定すれば、その後は、任意の測定点に対して
同じ中心点Ｃの位置情報が利用できる。管体内面画像１
０′の、奥行き方向の各管断面で、中心点Ｃがずれてい
るようであれば、測定を行う管断面で中心点Ｃを求める
ようにすればよい。

【００４１】つぎに、測定点指示画像１１２を、目的と
する測定点ＰD の位置に一致するように移動させる。図
では、測定点ＰD が管内面上に存在する点であるが、管
内面から中心側に寄った位置に測定点ＰD が存在してい
ても同様の操作を行う。これで、測定点ＰD および中心
点Ｃの位置が、パソコン５０に入力されることになる。
パソコン５０内の演算処理プラグラムにより、中心点Ｃ
から測定点ＰD までの距離Ｄや、中心点Ｃと測定点ＰD
を結ぶ線が基準線例えば垂直線から何度ずれているかと
いう角度θその他の必要データが算出される。

【００４２】前記(1) 式にもとづく、パソコン５０の演
算処理プログラムで、ＴＶカメラ３０から管内面上の測
定点ＰD までの距離Ｌが求められる。この情報に、ＴＶ
カメラ３０を搭載した自走車６０の走行位置を示す情報
を加えれば、測定点ＰD の絶対位置を特定することがで
きる。図３の右上には、管内面上で軸方向に離れた二点
ＡＢ間の直線距離ＬABを求める方法を説明している。Ａ
Ｂの両測定点について、その画像上位置を求めるととも
に中心点Ｃの位置を求めるのは、前記した作業と同様で
ある。画像撮影手段３０から各測定点ＡＢまでの距離
は、前記同様に(1) 式から算出され、さらに前記(11)式
で、両測定点ＡＢ間の距離ＬABが算出される。この方法
は、管体１０の内面に亀裂や傷がある場合、その長さを
測定するのに利用できる。

【００４３】図３の左下には、目盛り画像１２０が表示
されている。この目盛り画像１２０は、管体内面画像１
０′の中心点Ｃから放射方向に向かう直線を構成し、所
定間隔で目盛り線が設けられている。目盛り線の間隔
は、つぎのようにして作成される。まず、画像撮影手段
３０から一定の距離毎の管体内面上に仮想的な測定点を
設定し、各測定点の位置が、撮影画像上に表れる位置を
算出し、測定点同士の実際の間隔と、撮影画像上に表れ
る測定点同士の間隔との拡縮率にしたがって、目盛り線
の間隔を漸次変えて表示する。測定点の間隔と目盛り線
の間隔の関係は、前記(11)式から容易に求められる。そ
の結果、中心点Ｃから遠い位置では目盛り線の間隔が広
く、中心点Ｃに近い位置では目盛り線の間隔が狭くなっ
ている。

【００４４】上記のような目盛り画像１２０を、前記し
た２点ＡＢの近くに表示させれば、両点ＡＢの位置と目
盛り画像１２を見比べることによって、２点ＡＢの距離
を知ることが可能になる。目盛り画像１２０の原点位置
を、何れかの点ＡまたはＢに一致させて、他方の点Ｂま
たはＡまでの距離を、目盛り画像に表示された距離数値
で読み取るようにすることもできる。

【００４５】つぎに、図４には、同じ管断面内で管内面
上の２点ＡＢ間の距離を測定する方法を説明している。
中心点指示画像１１０を利用して中心点Ｃの位置を求
め、測定点指示画像１１２を利用して測定点ＡＢの位置
を求めるのは、前記同様である。なお、測定点ＡＢは何
れも、中心点Ｃからの半径距離Ｄである。これらのデー
タから、パソコン５０で演算して、線ＡＣと線ＢＣの挟
角θABを算出する。具体的には、たとえば、垂直線など
の基準線に対して、線ＡＣのなす角度θA と、線ＢＣの
なす角度θB を求めて、θAB＝θA −θB を算出すれば
よい。この結果を、前記(31)式あるいは(32)式に代入す
れば、ＡＢ点間の直線距離あるいは円弧距離が求まる。
この方法は、管体内面に円周方向に生じた傷や割れを測
定するのに利用できる。

【００４６】図４の左上には、円弧状の目盛り画像１２
２を表示している。この目盛り画像１２２には、所定角
度毎に目盛り線が入れられている。目盛り線の間隔と角
度の関係は、測定点ＡＢが管体内面画像１０′の奥行き
方向の何れの位置に存在していても変わらない。この目
盛り画像１２２を測定点ＡＢの近くに表示させれば、測
定点ＡＢ間の挟角θABが直ちに読み取れる。目盛り画像
１２２の目盛り線を、角度単位ではなく長さ単位で表示
することもできる。この場合には、測定点ＡまたはＢの
半径距離Ｄと、前記(32)式に示された、角度と円弧距離
との関係にしたがって、長さ単位の目盛り線や目盛り数
値の表示を行えばよい。

【００４７】つぎに、図５および図６は、管体１０の内
面よりも中心側に存在する測定点ＡＢについて、その位
置と半径方向の距離を測定する方法を説明している。図
５で、点Ｐは管体１０の内面上の点を表し、点Ａおよび
Ｂは、点Ｐと中心点Ｃを結ぶ線上にある点を表してい
る。点ＡおよびＢから中心点Ｃまでの距離を、距離ＲA
およびＲB で表す。図６に示す撮影画像上では、中心点
Ｃと管体内面上の点Ｐを結ぶ線の途中に点ＡおよびＢが
表れ、各点から中心点Ｃまでの距離が距離ＤA およびＤ
B として求まる。そうすると、前記(13)式から、点ＡＢ
間の距離ＮABが算出できる。勿論、点Ｐから点Ａまたは
Ｂまでの距離も同様にして測定できる。この方法は、管
体１０の内面から内側に突出する異物の高さを測定する
のに利用できる。

【００４８】前記図３の方法および図４の方法は、何れ
も、測定点が管体１０の内面にある場合の測定方法とし
て説明したが、上記図５の方法と図３または図４の方法
を組み合わせれば、管体内面にはない測定点について、
軸方向の位置や円周方向の位置を測定することが可能に
なる。また、図５の方法は、複数の管体１０が連結され
た管路において、管体１０同士の継目におけるずれを測
定するのに利用できる。その方法を、図７および図８に
説明している。

【００４９】図７で、画像撮影手段３０に近い側の管体
１１と遠い側の管体１２とが、ずれを起こしているとす
る。管体１１の中心線Ｃ₁と管体１２の中心線Ｃ₂には
段差が生じている。管体１１の中心線Ｃ₁に対する、管
体１２の内面上の点Ａまでの距離をＲA とすれば、ＲA
＝Ｒ0 となり、管体１１の内面上の点Ｂから管体１１の
中心線Ｃ₁までの距離ＲB は、これよりも短くなり、そ
の差ＲA −ＲB が、ずれ量である。

【００５０】図８の撮影画像上で、中心点指示画像１１
０の十字交点を、管体１１の内面画像１１′の中心点Ｃ
₁に合わせる。測定点指示画像１１２を、点Ａおよび点
Ｂに順次合わせて、それぞれの画像上位置を得る。そう
すると、前記(13)式から、点ＡＢの距離ＮABが算出でき
る。この場合、(13)式で、ＤとＤA が一致しているか
ら、計算はより簡略化される。この方法では、管体１２
の内面画像１２′の中心点Ｃ₂を求める必要はない。逆
に、管体１２の内面画像１２′の中心点Ｃ₂に対する点
ＡＢの距離から、ずれ量を測定することもできる。ま
た、中心点Ｃ₁と中心点Ｃ₂の位置から、ずれ量を測定
することもできる。ずれの方向を知るには、基準線に対
する点ＡＢの角度θを算出したり、中心点Ｃ₁、Ｃ₂の
方向ベクトルを算出したりすればよい。

【００５１】つぎに、図９および図１０は、前記した各
方法を組み合わせて、管内面上にあって軸方向に離れた
２点ＡＢ間の直線距離ＸABを測定する方法を説明してい
る。図９において、管体１０の内面で軸方向に離れた２
点ＡＢが存在する。これを撮影した画像が図１０であ
る。管体内面画像１０′では、中心点Ｃから距離ＤAお
よびＤB の位置に、点ＡおよびＢが表れる。ＤA とＤB
は異なっている。また、線ＣＡと線ＣＢの挟角θABも求
められる。撮影画像から得られた、これらの情報をもと
に、以下の手順で２点ＡＢの直線距離が算出される。

【００５２】図９で、Ａ点をＢ点を含む断面に投影した
点Ａ′を仮想すると、ＡＡ′の距離ＬAA′は、前記(11)
式を適用して算出できる。つぎに、点Ｂを含む断面にお
いてＣＡ′とＣＢの挟角θAA′は、図１０の撮影画像上
におけるＣＡとＣＢの挟角θABに等しいから、ＢＡ′の
直線距離ＭBA′は、前記(31)式を適用して算出できる。
そして、ＡＢの距離は、三角形ＡＢＡ′の３辺の関係か
ら、前記(12)式を適用して算出できることになる。な
お、図９において、二点鎖線で示す点ＡＢの管内面に沿
った距離も、前記のような手順で、各点間の直線距離と
各辺のなす角度などが判るので、既知の幾何図形に関す
る公式を適用すれば、容易に求めることができる。

【００５３】以上に説明したような様々な条件における
２点ＡＢの距離を求める方法を組み合わせれば、撮影画
像上に表れた任意の２点ＡＢの位置と、各点を含む管断
面の中心点、あるいは必要に応じて各管断面における管
内面の点の位置を測定すれば、これらの情報をもとにし
て、撮影画像上の任意の２点ＡＢ間の距離が算出できる
ことが判る。任意の２点ＡＢで構成される辺の長さとそ
のなす角度が判れば、任意の図形の面積が算出でき、さ
らに、任意の図形で囲まれた物体の体積が算出できるこ
とになる。具体的な距離、面積、体積の計算方法は、そ
れぞれの条件に合わせて、既知の幾何学的知識や図形公
式を適用すればよい。

【００５４】なお、これまでの説明では、図２のよう
に、管体１０の中心軸Ｃと、画像撮影手段の光学系３２
の中心軸とが一致していることを前提にし、図３に示す
撮影画像上では、管体内面画像１０′の中心点Ｃが管体
の奥行き方向で変化しないものとしていた。しかし、実
際の測定においては、自走車６０を様々な口径の管体１
０内に送り込むことがあり、ＴＶカメラ３０の位置が、
管体１０の中心にはない場合もある。このような場合、
自走車６０に対してＴＶカメラ３０を移動自在に設けて
おき、ＴＶカメラ３０の中心が管体１０の中心に一致す
るようにＴＶカメラ３０を移動させれば、ＴＶカメラ３
０で撮影された画像は、図３などに示すように、管体内
面画像１０′の中心点Ｃが常に同じ位置になる。

【００５５】また、画像撮影手段の光学系３０と管体１
０の中心軸がずれたままで、画像を撮影しても、目的と
する測定は可能である。すなわち、管体内面画像１０′
の中心点Ｃが、管断面の奥行き方向の位置で違っていて
も、測定点を含む管断面毎に、その中心点Ｃの位置が判
れば、前記した(1) 式などの関係はそのまま成り立つか
ら、同様の演算を行って、目的とする測定点の位置や距
離の情報を得ることができる。

【００５６】さらに、管体内面画像１０′中で、２点Ｐ
₁とＰ₂について、それぞれの中心点Ｃ₁とＣ₂のずれ
量を測定すれば、２点間の軸方向距離Ｌ₁₂と中心点のず
れ量から、単位距離当たりのずれ量が求められる。この
値が判れば、任意の測定点間での中心点のずれ量も算出
できることになる。つぎに、図１１および図１２は、前
記実施例とは管断面指示画像および目盛り画像が異なる
場合を表している。

【００５７】図１１に示すように、表示画面４２の管体
内面画像１０′に、管断面指示画像として、中心点指示
画像１１０の代わりに、円環状の円周指示画像１１４を
重ねて表示する。図では、円周指示画像１１４ａと１１
４ｂの２つの画像を同時に表しているが、実際には、何
れか一方を表示すればよい。この円周指示画像１１４
は、その大きさおよび前後左右の位置を自由に移動でき
るようにしている。なお、この実施例では、測定管体１
０の管軸と画像撮影手段３０の光学系の中心軸とがずれ
ている場合を表しており、管体内面画像１０′におい
て、各管断面の中心点が手前側から奥側に向けて一定の
比率でずれている。

【００５８】この円周指示画像１１４を、目的とする管
断面に一致するように調整すれば、そのときの円周指示
画像１１４の大きさおよび位置から、その管断面におけ
る中心点Ｃの位置、中心点Ｃから管内面までの半径距離
Ｄなどが判る。管体内面画像１０′には、管体同士の継
目や加工痕などの円周線が表れているので、このような
円周線に円周指示画像１１４を一致させるのは比較的容
易であり、能率的な測定作業が可能となる。

【００５９】図１２に示す実施例では、目盛り画像とし
て、手前から奥側へと半径が小さくなる多数の円環目盛
り画像１２４を表示している。隣接する円環目盛り画像
１２４の間には、円環の一部のみからなる円弧目盛り画
像１２６を表示している。各円環目盛り画像１２４およ
び円弧目盛り画像１２６の間隔、半径および中心点のず
れを、管体内面画像１０′における管内面の表示と一致
するように調整している。すなわち、管軸方向の一定距
離毎に、円環目盛り画像１２４を表示するとともに、隣
接する円環目盛り画像１２４の間を、管軸方向の一定距
離毎に分割して円弧目盛り画像１２６を表示している。
したがって、表示画面４２での円環目盛り画像１２４お
よび円弧目盛り画像１２６の間隔を等間隔ではなく、一
定の比率で変化させており、中心点の位置および半径
も、一定の比率で変化させている。

【００６０】このような円環目盛り画像１２４および円
弧目盛り画像１２６が表示されていれば、管内面の任意
の測定点同士の軸方向距離や、画像撮影手段３０から測
定点までの距離などを、各目盛り画像１２４、１２６と
対比するだけで、前記した測定点指示画像１１２などを
用いなくても、目分量で概算値を読み取ることが可能で
ある。したがって、管体内面画像１０′の観察を行いな
がら、欠陥個所などの位置や距離情報も同時に概略的に
知ることができ、管内検査作業などの能率向上に有効で
ある。但し、このような円環目盛り画像１２４や円弧目
盛り画像１２６で概略の情報を得た後、測定点指示画像
１１２を用いて、正確な測定点の位置を決定し、正確な
位置情報や距離情報を得るようにすることもできる。

【００６１】管体内面画像１０′における管内面の表示
状態と一致させて、上記のような円環目盛り画像１２４
および円弧目盛り画像１２６を表示する方法を説明す
る。前記図１１に示すように、円周指示画像１１４を、
管体内面画像１０′に重ねて表示し、管軸方向の手前側
になる適当な位置で、円周指示画像１１４ａが管内面に
一致するように調整する。これによって、この管断面に
おける中心点、管内面までの半径などが求められる。つ
ぎに、管軸方向の奥側になる適当な位置で、円周指示画
像１１４ｂが管内面に一致するように調整して、この管
断面における中心点、管内面までの半径などが求められ
る。上記２個所の管断面における中心点のずれ、半径の
比から、単位距離当たりの中心点のずれ、半径の変化率
が判る。この結果から、管軸方向の任意位置に対して、
表示画像４２に表示すべき中心点の位置および半径が決
定できるので、管軸方向の一定距離毎に、表示画像４２
に表示すべき中心点の位置および半径を求めて、それぞ
れの円環目盛り画像１２４を表示することができる。円
弧目盛り画像１２６も同様にして表示することができ
る。

【００６２】

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかる管内測
定装置は、測定管体を管軸方向に撮影した画像上では、
管断面の中心点から管内面までの距離すなわち管内半径
が、画像撮影手段からの距離にしたがって、一定の比率
で縮小表示されることを利用して、撮影画像上で、測定
点位置および測定点が含まれる管断面の中心点などの情
報を求めるだけの作業で、この画像上位置情報と、予め
導き出された、測定点の画像上位置と実物位置との相関
関係にもとづいて、測定点の実物位置情報を取得するこ
とができる。しかも、上記のような作業は、特殊な装置
や大掛かりな設備を必要とせず、通常のＴＶカメラと撮
影された画像を表示するＴＶモニタなど、従来の管内検
査などにも使用されていた比較的簡単な装置で実施でき
るので、作業コストも経済的なものとなる。

【００６３】その結果、前記した画像を撮影するだけ
で、管内の任意の測定点の位置や距離情報を簡単かつ充
分な精度で取得し、管内の状況を正確に把握することが
可能になる。したがって、人間が入ることができない狭
い管や危険な環境の管の内部状況を簡単な設備で容易に
知ることができ、この種の管内測定作業の能力向上に多
大の貢献をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施するための管内測定装置の全
体構造図

【図２】測定原理を説明する模式図

【図３】ＴＶモニタ画面を表す正面図

【図４】別の実施例におけるＴＶモニタ画面を表す正
面図

【図５】別の実施例を表す管内の模式図

【図６】同上状態のＴＶモニタ画面を表す正面図

【図７】別の実施例を表す管内の模式図

【図８】同上状態のＴＶモニタ画面を表す正面図

【図９】別の実施例を表す管内の模式図

【図１０】同上状態のＴＶモニタ画面を表す正面図

【図１１】別の実施例のＴＶモニタ画面を表す正面図

【図１２】別の実施例のＴＶモニタ画面を表す正面図

【符号の説明】

１０測定管体３０画像撮影手段３２光学系３４撮像面Ｃ管体中心軸（光学系中心軸）Ｐ測定点４２表示画面１１０中心点指示画像１１２測定点指示画像１１４円周指示画像１２０、１２２、１２４、１２６目盛り画像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像撮影手段で測定管体の内部を管軸方
向に撮影し、得られた撮影画像上で、測定点位置および
測定点が含まれる管断面の情報を求め、この画像上情報
と、予め導き出された、画像上位置と実物位置との相関
関係にもとづいて、測定点の位置情報を取得することを
特徴とする管内測定方法。
【請求項２】請求項１の方法において、測定点が含ま
れる管断面の情報を求める手段として、撮影画像を画像
表示手段に表示し、表示された撮影画像に重ねて管断面
指示画像を表示し、この管断面指示画像を測定点が含ま
れる管断面に一致するように調整し、このときの管断面
指示画像の情報を取得する管内測定方法。
【請求項３】請求項１〜２の何れかの方法において、
測定点の位置を求める手段として、撮影画像を画像表示
手段に表示し、表示された撮影画像に重ねて測定点指示
画像を表示し、この測定点指示画像を測定点の位置に一
致するように調整し、このときの測定点指示画像の位置
を取得する管内測定方法。
【請求項４】請求項１〜３の何れかの方法において、
撮影画像を画像表示手段に表示するとともに、予め導き
出された、画像上位置と実物位置との相関関係にもとづ
いて、画像が調整された目盛り画像を、前記表示画面の
撮影画像に重ねて表示し、測定点の画像上位置と目盛り
画像を対比することで、測定点の位置情報を取得する管
内測定方法。
【請求項５】請求項１〜４の何れかの方法において、
撮影画像上で、測定点が含まれる管断面において、測定
点から管断面の中心点までの半径距離Ｄ、管内面上の点
から管断面の中心点までの半径距離ＤP 、管断面の中心
点から半径方向に延長された基準線と測定点から管断面
の中心点を結ぶ線との挟角θのうち、少なくともひとつ
の値を測定し、これらの値から下記(A) 〜(C) 項の少な
くともひとつの手順を経て、測定点の位置情報を得る管
内測定方法。 (A) 測定点から画像撮影手段の光学系までの軸方向直線
距離Ｌを、下式(1) で求める。Ｌ＝｛Ｒ0 ／（ＤP ・Ｃe ）＋１｝・ｆ ……(1) ここで、Ｃｅ：画像拡縮係数Ｒ0 ：実際の管内面半径ｆ：画像撮影手段の光学系の焦点距離Ｃe は予め、以下の方法で求めておく。測定管体の管内
面で画像撮影手段の光学系から距離Ｌ0 の位置に基準点
を設定して、測定管体の内部を管軸方向に撮影し、得ら
れた撮影画像上で、基準点が含まれる管断面を求め、こ
の管断面の中心点から基準点までの半径距離Ｄ0 を測定
し、これらの値と、実際の管内面半径Ｒ0 および前記光
学系の焦点距離ｆの値から、下式(1) ′により画像拡縮
係数Ｃe を算出する。Ｃe ＝（Ｒ0 ／Ｄ0 ）・ｆ／（Ｌ0 −ｆ） ……(1) ′ (B) 測定点から管断面の中心点までの半径方向距離Ｒ
を、下式(2) で求める。Ｒ＝（Ｄ／ＤP ）・Ｒ0 ……(2) ここで、Ｒ0 ：実際の管内面半径 (C) 測定点と基準線とのなす角度Ｘを、下式(3) で求め
る。Ｘ＝θ ……(3)