JPH0823259B2 - ボアホ−ルの亀裂自動計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、土木・建設分野において、岩盤や地盤の地
質調査に利用して好適なボアホールの亀裂自動計測装置
に関する。

〔従来の技術〕

岩盤や地盤の地質調査工事においてボアホールの亀裂
調査は基本的な調査項目となっている。

従来、ダムやトンネルなどの地下空洞を掘削する際に
は、建設地点の地質調査を行い、設計に反映させるとと
もに採用する施工法の選定や工事の進め方、安全対策な
どに万全を期すことが必要である。このような場合の地
質調査では、一般に岩盤の割れ目の方向、傾斜及び性
状、さらには地層の方向及び傾斜を知ることが必要であ
る。このため建設地点をボーリングしてコアを採取して
観察する方法や直接ボアホールの孔壁を観測する方法で
調査が行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記の如き従来の亀裂調査では、調査計画か
ら報告に至るまでにかなりの期間を要すると共に、亀裂
の分布・方向・幅の測定精度及び測定箇所やその数が調
査者の熟練度や個人差によって異なるため、亀裂の調査
結果のデータ保存方法が統一できず、データ保存が不完
全であり、以前に実施した調査結果との比較等、時系列
的な検討が困難である。また、現状の画像入力・処理・
収録装置ではデータ収録に必要な記憶容量が莫大な量と
なり、実用に供し得ない、等の問題点を有している。

本発明は、上記の問題点を解決するものであって、簡
単な操作でボアホールの亀裂調査ができ、個人差がなく
一定した精度の調査データを得ることができるボアホー
ルの亀裂自動計測装置の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明のボアホールの亀裂自動計測装置
は、ボアホールの壁面を撮像して得られる画像データを
処理することによって亀裂を計測するボアホールの亀裂
自動計測装置であって、ボアホールの壁面に沿って昇降
するゾンデに内蔵されて壁面の画像データを取得するス
キャナー、閾値を設定して画像データを２値化する２値
化手段、２値化されたデータの連結した画素群の中心線
を求める細線化処理手段、前記中心線をベクトル化する
ベクトル化手段、及びベクトル化した中心線と画像デー
タから亀裂情報を検出する亀裂検出手段を備えたことを
特徴とするものである。

〔作用〕

本発明のボアホールの亀裂自動計測装置では、ボアホ
ールの壁面を撮像して得られる明暗の画像データを２値
化し、連結した画素群に対して細線化処理手段で中心を
求めることによって亀裂部分の中心線が求められる。そ
して、ベクトル化手段で亀裂部分の中心線がベクトル化
され、亀裂検出手段でベクトル単位の亀裂幅その他の亀
裂情報が検出される。これらの１連の処理の各ステップ
を通じて汚れや傷等のノイズの除去も効果的に行うこと
ができる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明に係るボアホールの亀裂自動計測装置
の使用状態の様子を示す図、第２図は画像入力装置の具
体的な構成例を示す図、第３図は光ビームが走査する孔
壁展開面の軌跡を示す図、第４図は方位計と傾斜計の検
出角度を説明するための図である。図において、１は画
像入力装置（撮像部）、２は本体装置、３は画像入力装
置を巻き上げるためのウィンチ、11はボアホール、12は
ゾンデ、13は旋回用モーター、14は方向計、15と22はレ
ンズ、16はミラー、17は光学ヘッド、18と21はスリッ
ト、19は光電変換器、20はハーフ・ミラー、23は光源、
24は方位計、25は回転計、26は傾斜計をそれぞれ示して
いる。

第１図に示す本体装置２は、後述する第５図の入力画
像制御部32やモニタ用のCRT33、データ処理装置（コン
ピュータ）34、磁気テープ35やフロッピィディスク36、
磁気ディスク38等の記憶装置、及びプリンタ37等を適宜
組み込んだものである。画像入力装置（スキャナー）１
は、ボアホール内を昇降しながらその壁面を撮像するも
のであり、後述する第２図の本体装置２と接続されて画
像データがこの本体装置２に送信される。この画像入力
装置１を昇降させるものがウィンチ３である。画像入力
装置１により壁面を撮像し、その画像データが本体装置
２に送られると後述する処理がなされ、亀裂情報が抽出
される。この画像入力装置１の具体的な構成例を示した
のが第２図である。

第２図において、画像入力装置（スキャナー）は、ゾ
ンデ12に搭載され、ボアホール11の中を昇降する。ゾン
デ12には、方向計14及びレンズ15とミラー16とを備えた
光学ヘッド17が旋回用モーター13に連結されている。ま
た、ハーフ・ミラー20を通して、この光学ヘッド17に光
ビームを送り出すための光源23と光ビーム作成のための
レンズ22、スリット21、さらには光学ヘッド17からの反
射ビームを検出するためのスリット38、光電変換器19が
設けられる。このような構成によって、光源23からの光
は、レンズ22、スリット21でビーム状にし、ハーフ・ミ
ラー20、ミラー16、レンズ15を通してボアホール11の内
壁に照射される。そしてその反射ビームの強度は、レン
ズ13、ミラー16、ハーフ・ミラー20、スリット18を通し
て光電変換器19で測定される。従って、旋回用モーター
13により光学ヘッド17を旋回させながらゾンデ12を下降
させると、第３図に示すようにボアホール11の内壁スキ
ャンｕが行われ、その反射ビームの強度に対応する電気
信号が光電変換器19から得られることになる。

さらに、ゾンデ12には、上記のようなスキャナー構成
部に加えて、孔曲がり測定手段として方位計24と傾斜計
26、スキャナー・ヘッドの向きを測定する手段として回
転計25がそれぞれ設けられる。方位計24は、例えば図示
点線の如くゾンデ12の軸方向と一致する線ｌを軸に回転
自在になった第１の支点Ａ、Ａ′と、線ｌに直交する線
ｍを軸に回転自在になった第２の支点Ｑ、Ｑ′とを介し
て支点Ａ、Ａ′でゾンデ12に取り付けられ、計測部が地
上からの鉛直方向に対して常に変わらない状態に支持さ
れるものであり、例えば磁石を内蔵し、ゾンデ12の傾斜
方向角を計測する。同様に傾斜計26は、線ｌを軸に回転
自在になった支点Ｒ、Ｒ′を有し、点Ｂ、Ｂ′でゾンデ
12に取り付けられ、計測部がゾンデ12の傾きに対応して
線ｌの周りを回転するようにしたものであり、例えば重
りを内蔵し、ゾンデ12の傾斜角を計測する。また、回転
計25は、方位計24の取り付け支点Ａの位置に設けられ、
ゾンデ12の基準となる方向Ｅを計測する。

また、検出角度は、第４図に示すｘ、ｙ、ｚよりなる
３次元の座標空間において、ｘ軸の方向を南北の方向、
ｙ軸の方向を東西の方向、ｚ軸の方向を地球の重力の方
向とすると、方位角θは北からの方位、傾斜角φは水平
面からの傾斜を表し、第２図図示のゾンデ12では、方位
計24の示す傾斜方向角により第４図に示す方位角θが求
められ、傾斜計26の示す傾斜角により第４図に示す傾斜
角φが求められる。

従って、今第２図図示の基準点Ｄを北の方位に合わせ
てこれを基準方位とし、第２図図示の方位計24及び傾斜
計26の状態で方位角θ及び傾斜角φが０であると定義し
たとすると、例えば第２図図示の状態からボアホール11
が北の方位に向いて角度αだけ傾いている場合には、方
位角θが０、傾斜角φがα、回転角δが０となる。しか
し、ボアホール11が西の方位に向いて角度αだけ傾いて
いる場合には、方位計24及び傾斜計26が線ｌを軸として
反時計方向に90°回転する。そのため、方位角θが−90
°、傾斜角φがαとなるとともに回転計25により測定さ
れる回転角δも90°となる。また、ここでゾンデ12が西
の方向に90°回転した（捻れた）場合には、方位角θと
傾斜角φは変わらないが、回転計25により測定される回
転角δのみが０°に変わる。

つまり、方位計24と傾斜計26とによってボアホール11
の孔曲がりが測定され、回転計25によってゾンデ12の向
きが測定される。スキャナーによる測定の場合におい
て、光学ヘッド17（スキャナー・ヘッド）は、ゾンデ12
内に設定された基準となる位置Ｅからの回転量（方向計
14の出力）でその向いている方向を知ることができる。
回転計24は、その捩じれによる光学ヘッド17の向きを求
めるため、ゾンデ12の基準となる位置Ｅの向きを測定す
るものである。すなわち、先に述べたようにゾンデ12の
基準となる位置Ｅの方位は、方位計24により測定される
方位角θに、回転計25により測定される回転角δを加え
ることによって求めることができる。他方、スキャナー
部の方向計14は、ゾンデ12の基準となる位置Ｅからの光
学ヘッド17（スキャナー・ヘッド）の向いている方向を
測定するものであるから、さらにこの測定値により光学
ヘッド17の向きを補正することによって、光電変換器19
から得られるスキャン・データの観測位置を求めること
ができる。このスキャン・データの観測位置は、光学ヘ
ッド17の回転中心の位置座標、その向き、ボアホール
径、ボアホールの傾きのデータに基づき所定の計算式を
使うことによって正確な値で算出することができる。

第５図は本発明のボアホールの亀裂自動計測装置にお
けるデータ処理部の１実施例構成を示す図、第６図は画
像データ処理装置の具体的な機能構成例を示す図であ
る。図中、31は撮像部、32は入力画像制御部、33はCR
T、34はデータ処理装置、35は磁気テープ、36はフロッ
ピィディスク、37はプリンタ、38は磁気ディスク、41は
２値化処理部、42は細線化処理部、43はベクトル化処理
部、44は亀裂幅検出部、45はベクトル長・幅の補正部、
46は亀裂画像データ出力部を示す。

第５図において、撮像部31は、人間の目に代わってボ
アホールの亀裂を撮像する例えばテレビカメラなどであ
る。入力画像制御部32は、撮像部31により得られた画像
のデータ処理装置34への取り込みやCRT33への表示等の
ため撮像部31やモニタ用のCRT33を制御するものであ
る。撮像のための位置移動は、図示しないが調査対象の
形状に応じた位置移動装置によって行い、画像位置デー
タ情報を位置移動装置から入力する。この位置移動装置
および撮像部31の正常運転を補佐するためには、オペレ
ータ１名を配置すればよい。データ処理装置34は、パソ
コンあるいは専用のプロセッサーなどにより構成するも
のであって、入力画像制御部32を通して撮像部31から画
像データを入力すると、その画像データから亀裂の位置
や方向、幅等の亀裂情報を抽出するものである。そし
て、データ処理装置34によって抽出された亀裂情報と画
像位置データを共に格納する外部記憶装置が磁気テープ
35やフロッピィディスク36、磁気ディスク38であり、印
刷出力するのがプリンタ37である。なお、これら亀裂情
報や画像位置データ情報は、図示しないが専用回線や電
話回線を用いて大型電算機にデータ送信するようにして
もよい。

次に、第５図に示すボアホールの亀裂自動計測装置に
よる亀裂計測を説明する。まず、被写体の画像情報を撮
像部31及び入力画像制御部32でディジタル画像信号とし
てとらえ、CRT33によってそのとらえた画像の目視確認
を行い、ディジタル画像信号をデータ処理装置34に入力
する。

データ処理装置34では、ディジタル信号に変換した画
像データの各画素に対して、或る閾値を設定して２値化
した後、細線化を行って亀裂の中心線を求める。そして
線追跡によるベクトル化を行って、亀裂の位置や方向、
幅等の亀裂情報を抽出する。このような画像処理をして
得られたデータを記憶装置に収録し、或いは専用回線や
電話回線を用いて大型電算機に送信する。そして収録或
いは送信されたデータより全体画像を構築して設計情報
と比較し、亀裂解析を行う。

次に、データ処理装置34による画像データの処理の例
を第６図により説明する。データ処理装置において、画
像データを入力すると、まず、２値化処理部41では、25
6階調（０〜255）の濃度にディジタイズされた画像デー
タを或る閾値で２つのカテゴリー「１」（黒）「０」
（白）に分類する。

続いて、亀裂部中心線を求めるために、細線化処理部
42では、端点保存条件、連結数を保持しつつ除去可能点
を識別し、最終点に８連結の連続した点列に細線化す
る。この過程において、線状でない汚れ等の孤立点（ノ
イズ）は除去される。なお、このような細線化処理は、
既に種々の方式が知られているが、本発明では、細線化
処理の具体的な内容には限定されるものでなく、従来の
方式を適宜選択適用してよいことは勿論のことである。

しかる後、ベクトル化処理部43では、細線化された亀
裂の中心部をライントレース（線追跡）しながら分岐
部、端点を検知し、仮想ベクトルがトレースラインから
ｎピクセル以内に納まる終点を求めてゆき、これを繰り
返すことによって亀裂の中心部を始点の座標（X1,Y1）
と終点の座標（X2,Y2）によるベクトル群（折線状）で
表現する。このことによりパターンとして方向情報のな
かった亀裂像に機械（コンピュータ）や人間に理解し得
る方向情報を得ることができる。なお、ここで連結点を
持たないショートベクトルを除去することにより、さら
に針状ノイズを除去することもできる。

ベクトルデータが得られると、亀裂幅検出部44ではベ
クトルデータと入力画像（生データ）とを照合すること
により亀裂幅Ｗを求める。この亀裂幅は、各ベクトルに
垂直な方向に対して入力画像の微分をとり、その値を閾
値と比較することにより検出できる。

ベクトル長・幅の補正部45ではベクトル間を比較し、
生データとの相関をとって２値化の段階で欠落した部分
を補正し、切れたベクトルを継ぎ合わす。例えば切れた
ベクトルの中間におけるベクトルの延長線上にある生デ
ータの値を追跡して切れたベクトルの継ぎ合わせを行
う。

亀裂画像データ出力部46は、ベクトルデータから線を
描画して亀裂の画像に変換して出力するものである。

第７図〜第13図はボアホールの亀裂自動計測装置にお
いて得られる画像データの例を示す図である。第７図は
入力画像（生データ）の例を示す図であり、ボアホール
内にスキャナーを挿入して展開画像を撮影したものであ
る。第８図は第７図に示す入力画像を処理して得られた
ベクトルデータに基づく亀裂画像の出力例を示す図であ
る。第９図は展開画像から亀裂の方向（走向・傾斜）を
求める方法を示す図である。第10図は解析結果による亀
裂データ一覧表の出力例を示す図、第11図は亀裂の卓越
方向の解析結果をグラフ化した表示例を示す図、第12図
は亀裂の幅を統計処理してグラフ化した表示例を示す図
であり、データ数119、平均９、標準偏差11の例であ
る。第13図は亀裂の幅と表面からの深度の相関関係をグ
ラフ化した表示例を示す図である。

これまでの統計処理及び表示は、厖大な調査結果のデ
ータを改めて電算機に入力し計算・図化出力していた
が、本発明のボアホールの亀裂自動計測装置によれば、
画像から得られたデータをそのまま電算処理して判りや
すいグラフとして即時に表示することができる。

なお、本発明は、種々の変形が可能であり、上記実施
例に限定されるものではない。例えば上記の実施例で
は、ボアホールにおける亀裂の測定に本発明を適用した
が、パイプその他の構造物の亀裂の測定にも同様に適用
できることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、画
像入力装置をボアホール内を昇降させながら調査対象と
する部分の画像を得るので、カメラによる写真と異な
り、断続することなく深さ方向に連続した画像が得られ
る。このような画像から画像データ処理によって所定の
処理を行い亀裂情報を抽出するので、常に一定した亀裂
分布・幅の測定精度が確保でき、調査者による差異がな
くなる。しかも、オペレータは１名でよく、調査労力の
軽減、調査期間の短縮を図ることができる。また、デー
タ保存には、磁気テープ等の一般的な記録メディアを利
用することができ、統一された様式で、記憶容量も必要
なだけ確保できる。

ボアホールの調査においても、傾斜方向角、傾斜角、
長さを検出して各点の位置を算出すると、ボアホールが
曲がっていても正確な観測位置や深さを知ることができ
る。また、ボアホール内でのゾンデの回転を検出してス
キャナー・ヘッドの向きを算出するので、スキャン・デ
ータの観測位置や深さを正確に把握することができる。
さらには傾斜孔であったも、各スキャン・データの観測
位置に従って水平画像による観察を行うことができ、傾
斜孔における斜め断層なども連続的に正確な位置に基づ
く観測ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るボアホールの亀裂自動計測装置の
使用状態の様子を示す図、第２図は画像入力装置の具体
的な構成例を示す図、第３図は光ビームが走査する孔壁
展開面の軌跡を示す図、第４図は方位計と傾斜計の検出
角度を説明するための図、第５図は本発明のボアホール
の亀裂自動計測装置におけるデータ処理部の１実施例構
成を示す図、第６図は画像データ処理装置の具体的な機
能構成例を示す図、第７図〜第13図はボアホールの亀裂
自動計測装置において得られる画像データの例を示す図
であり、第７図は入力画像（生データ）の例を示す図、
第８図は第７図に示す入力画像を処理して得られたベク
トルデータに基づく亀裂画像の出力例を示す図、第９図
は展開画像から亀裂の方向（走向・傾斜）を求める方法
を示す図、第10図は解析結果による亀裂データ一覧表の
出力例を示す図、第11図は亀裂の卓越方向の解析結果を
グラフ化した表示例を示す図、第12図は亀裂の幅を統計
処理してグラフ化した表示例を示す図、第13図は亀裂の
幅と表面からの深度の相関関係をグラフ化した表示例を
示す図である。 １……画像入力装置（スキャナー、撮像部）、２……本
体装置、３……画像入力装置を巻き上げるためのウィン
チ、11……ボアホール、12……ゾンデ、13……旋回用モ
ーター、14……方向計、15と22……レンズ、16……ミラ
ー、17……光学ヘッド、18と21……スリット、19……光
電変換器、20……ハーフ・ミラー、23……光源、24……
方位計、25……回転計、26……傾斜計、31……撮像部、
32……入力画像制御部、33……CRT、34……データ処理
装置、35……磁気テープ、36……フロッピィディスク、
37……プリンタ、38……磁気ディスク、41……２値化処
理部、42……細線化処理部、43……ベクトル化処理部、
44……亀裂幅検出部、45……ベクトル長・幅の補正部、
46……亀裂画像データ出力部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長田 耕治 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 桜井 仁 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−186693（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−176797（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−186694（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−126292（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−190782（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボアホールの壁面を撮像して得られる画像
   データを処理することによって亀裂を計測するボアホー
   ルの亀裂自動計測装置であって、ボアホールの壁面に沿
   って昇降するゾンデに内蔵されて壁面の画像データを取
   得するスキャナー、閾値を設定して画像データを２値化
   する２値化手段、２値化されたデータの連結した画素群
   の中心線を求める細線化処理手段、前記中心線をベクト
   ル化するベクトル化手段、及びベクトル化した中心線と
   画像データから亀裂情報を検出する亀裂検出手段を備え
   たことを特徴とするボアホールの亀裂自動計測装置。
2. 【請求項２】細線化処理手段は、連結した画素群の中心
   線を求め線状でない孤立点を除去することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のボアホールの亀裂自動計測
   装置。
3. 【請求項３】ベクトル化手段は、中心線をベクトル化し
   且つショートベクトルを除去することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のボアホールの亀裂自動計測装
   置。
4. 【請求項４】亀裂検出手段は、各ベクトルに垂直な方向
   に対して画像データの微分をとって亀裂幅を求めること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のボアホールの
   亀裂自動計測装置。
5. 【請求項５】ゾンデには、地上から吊り下げるケーブル
   のくり出し長さ、ゾンデの傾斜方向、ゾンデの傾斜角、
   及びゾンデの回転方向を検出し、ゾンデの位置、ゾンデ
   の傾き、及びゾンデに内蔵されたスキャナー・ヘッドの
   向いている方向を算出して孔壁を観測することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のボアホールの亀裂自動
   測定装置。