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公開番号2024099167
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-25
出願番号2023002901
出願日2023-01-12
発明の名称粒度解析画像の取得方法及びシステム
出願人鹿島建設株式会社
代理人個人
主分類G01N 15/0227 20240101AFI20240718BHJP(測定;試験)
要約【課題】スケールが配置されておらずカメラも定置されていない場合でも粒度解析対象の粒度を解析するための粒度解析画像を取得することができる方法及びシステムを提供する。
【解決手段】粒度解析対象Eに臨ませた深度センサ付きカメラ10によりxy方向の二次元画像の各画素にz方向の深度が付された深度付き画像G0を撮影し,その深度付き画像G0の各画素をカメラ10の中心点Oと粒度解析対象E上の最小深度点Mとを結ぶ直線Lに垂直な平面P上に射影変換して粒度解析画像Gc0を作成する。好ましくは,深度付き画像G0から精度の確保できる範囲G1又は凹凸変化の小さい範囲G1を抽出し,画像抽出手段22により抽出した範囲の深度付き画像G1から粒度解析画像Gc1を作成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
粒度解析対象に臨ませた深度センサ付きカメラによりｘｙ方向の二次元画像の各画素にｚ方向の深度が付された深度付き画像を撮影し，前記深度付き画像の各画素を前記カメラの中心点と前記粒度解析対象上の最小深度点とを結ぶ直線に垂直な平面上に射影変換して粒度解析画像を作成してなる粒度解析画像の取得方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１の方法において，前記深度センサ付きカメラを前記粒度解析対象の上方又は近傍で移動する移動体に搭載してなる粒度解析画像の取得方法。
【請求項３】
粒度解析対象に臨ませてｘｙ方向の二次元画像の各画素にｚ方向の深度が付された深度付き画像を撮影する深度センサ付きカメラ，及び前記深度付き画像の各画素を前記カメラの中心点と前記粒度解析対象上の最小深度点とを結ぶ直線に垂直な平面上に射影変換して粒度解析画像を作成する画像変換手段を備えてなる粒度解析画像の取得システム。
【請求項４】
請求項３のシステムにおいて，前記深度センサ付きカメラを，前記粒度解析対象の上方又は近傍で移動する移動体上に取り付け可能なものとしてなる粒度解析画像の取得システム。
【請求項５】
請求項３のシステムにおいて，前記深度付き画像から精度の確保できる範囲又は凹凸変化の小さい範囲を抽出する画像抽出手段を設け，前記画像抽出手段により抽出した範囲の深度付き画像を前記画像変換手段に入力して粒度解析画像を作成してなる粒度解析画像の取得システム。
【請求項６】
請求項３のシステムにおいて，前記深度センサ付きカメラに前記深度付き画像をネットワーク経由でクラウドサーバに送る送信装置を含め，前記画像変換手段をクラウドサーバ上又はネットワークに接続されたコンピュータ上に設けてなる粒度解析画像の取得システム。
【請求項７】
請求項６のシステムにおいて，前記クラウドサーバ上又はネットワークに接続されたコンピュータ上に前記粒度解析画像から前記粒度解析対象の粒度を求める粒度解析手段を設けてなる粒度解析画像の取得システム。
【請求項８】
粒度解析対象の粒度を求める画像を取得するためコンピュータを，粒度解析対象に臨ませた深度センサ付きカメラで撮影したｘｙ方向の二次元画像の各画素にｚ方向の深度が付された深度付き画像を入力する入力手段，及び前記深度付き画像の各画素を前記カメラの中心点と前記粒度解析対象上の最小深度点とを結ぶ直線に垂直な平面上に射影変換して粒度解析画像を作成する画像変換手段として機能させる粒度解析画像の取得プログラム。
【請求項９】
請求項８のプログラムにおいて，前記コンピュータを，前記深度付き画像から精度の確保できる範囲又は凹凸変化の小さい範囲を抽出する画像抽出手段として機能させ，前記画像抽出手段により抽出した範囲の深度付き画像を前記画像変換手段に入力して粒度解析画像を作成してなる粒度解析画像の取得プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は粒度解析画像の取得方法及びシステムに関し，とくに解析対象の粒度を求めるための粒度解析画像を取得する方法及びシステムに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば土木・建築構造物を構築する際に，様々な粒径の礫，砂，粘土等の粒状材が混在した地盤材料を使用することがあり，構築する構造物の品質（とくに強度）を確保するため，使用する地盤材料の粒度（粒度分布等）の測定を求められることがある。一般に地盤材料の粒度は，混在する各粒状材の粒径ｄを横軸（対数軸）とし，各粒径ｄ以下の粒状材の全体に対する質量百分率（＝その粒径ｄ以下の粒状材の総質量／粒状材全体の総質量×１００，加積通過率と呼ばれる）を縦軸（線形軸）とした片対数グラフ，すなわち粒径加積曲線によって確認することができる。
【０００３】
粒径加積曲線を作成する従来方法の一例は，地盤材料中に混在する各粒状材を篩い分けして各粒径ｄの加積通過率Ｐ（ｄ）を求めるものである。しかし，地盤材料は最大粒径から最小粒径までの範囲（粒径範囲）が広いので，粒径加積曲線を作成するためには相応の量の地盤材料の篩い分け作業を篩い目の種類の数だけ繰り返さなければならず，粒度の測定（以下，粒度の解析ということがある）に非常に手間がかかる課題があった。そこで，地盤材料の画像からコンピュータによる画像処理技術によって粒度を解析する方法が開発されている（特許文献１～３参照）。
【０００４】
例えば特許文献１は，図５に示すように，地盤材料Ｅの解析対象範囲を矩形のスケール付き外枠材４６で囲い，その外枠材４６の中央上方に昇降支持軸４４ａ付き支持装置４４によって下向きデジタルカメラ４０を設置すると共に，その周囲に異なる向きの複数の照明（ランプ）４２ａ～４２ｄを設置して画像を取得する方法を提案している。複数の照明４２ａ～４２ｄを異なる向きで順次に照射しながらデジタルカメラ４０により陰影位置の異なる複数の画像Ｇａ～Ｇｄを撮影し，陰影の異なる画像Ｇａ～Ｇｄを合成することにより．解析対象範囲の個々の粒状材Ｓを精度よく分離識別することができる。また，デジタルカメラ４０によりスケール付き外枠材４６が含まれる画像を撮影することにより，外枠材４６のスケールを利用して撮影した各粒状材Ｓの粒径ｄを計測し，地盤材料Ｅの粒度を求めることができる。
【０００５】
粒径範囲の広い地盤材料Ｅを対象とする場合は，地盤材料Ｅの単独の画像Ｇから特定の粒径ｄ（例えば１００ｍｍ）以下の粒状材を全て検出して加積通過率Ｐ（ｄ）を直接的に求めることは難しい場合もある。そこで，例えば特許文献２が開示するように，画像Ｇから特定の粒径ｄ以上の粒状材を全て検出し，画像Ｇ中の地盤材料の全体面積Ｅに対する粒径ｄ以上の粒状材の面積ｅの総和（Σｅ）の割合Σｅ／Ｅ（以下，粒度インデクスＩという）から，その粒径ｄの加積通過率Ｐ（ｄ）を間接的に求めることが提案されている。このような方法を用いることにより，図５のような地盤材料Ｅの単独の画像Ｇから，その地盤材料Ｅの粒径加積曲線を求めることができる。
【０００６】
また特許文献３は，図６に示すように，地盤材料Ｅを建築現場へ搬入する経路に振動ベルトコンベア５０を設置し，そのベルトコンベア５０の搬送面と対向させて定置した下向きデジタルカメラ６０により画像を取得する方法を提案している。振動ベルトコンベア５０は，駆動プーリ５６とローラ５７との間に環状ベルト５８を架け渡し，駆動装置５９により駆動プーリ５６を駆動して環状ベルト５８を回転させることにより，ベルト５８の上面（搬送面）に載置した地盤材料Ｅを搬送する。搬送面の下方には，搬送方向に沿って複数のキャリアローラ５３，５５が並べられており，搬送面上流部のキャリアローラ５３は第１支持体５１によって連結支持され，他のキャリアローラ５５は第１支持体５１から縁切りされた第２支持体５４によって連結支持されている。
【０００７】
第１支持体５１には振動装置５２が取り付けられており，振動装置５２を振動させることにより搬送面の上流側のみを振動させ，その上流部に投入された地盤材料Ｅを振動させて分散させたのち，分散後の地盤材料Ｅを搬送面の下流側に送って振動させずに観察することができる。その搬送面の下流側に遮光板で覆われた撮影建屋６１を設け，その撮影建屋６１内に照明装置と共にデジタルカメラ６０が定置されている。カメラ６０は搬送面との距離Ｆ及び向きが一定となるように固定されており，一定の距離Ｆ及び向きで地盤材料Ｅの画像Ｇを撮影することにより撮影範囲の大きさ（長さｄ´）とカメラ６０の内部仕様（焦点距離ｆ）とから画像Ｇ内の各粒状材Ｓの粒径ｄ（＝ｄ´×Ｆ／ｆ）を計測し，地盤材料Ｅの粒度を求めることができる。
【０００８】
特許文献１～３のように地盤材料Ｅの画像Ｇから粒度を求める方法によれば，従来の篩い分け方法に比して迅速に，しかも精度よく地盤材料Ｅの粒度を解析することができる。なお，画像Ｇから粒度を解析する対象は地盤材料Ｅに限定されるものではなく，特許文献４が開示するように，例えば岩盤切羽の発破掘削時に生じる発破ズリ（岩盤砕屑物）等の粒状材の堆積物を粒度解析対象とすることもでき，特許文献１～３の画像処理技術によって発破ズリの画像Ｇから発破ズリの粒度を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２００６－０７８２３４号公報
特開２０１１－１６３８３６号公報
特開２０１６－１２４６６５号公報
特開２０１２－１５９４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
盛土とする地盤材料Ｅを掘削する現場等において，掘削した地盤材料が盛土として適切か否かを判定したり，土質の変化を判定することが行われる。その際，バックホウ等の採掘機械（作業重機）に搭載したデジタルカメラで取得した画像を適切に抽出し，解析を行うことによって迅速な判定をすることが可能となる。例えば，所定サイズ以下の地盤材料Ｅを掘削する現場等において，掘削時に出現する地盤材料Ｅの粒度をリアルタイムで解析できれば，地盤材料Ｅの粒度が所定サイズ以下であるか否かを直ちに判断することができ，所定サイズ以上の地盤材料（例えば大きな岩等）は選別又は粉砕することにより作業の迅速化・効率化を図ることが期待できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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