JP4516554B2 - 管内壁面画像展開システム - Google Patents

Description

本発明は、上下水道管などの管状物の内壁面を撮影した画像から、管内壁面を管の長手方向に平面状に展開した展開画像を作成する管内壁面画像展開システムに関するものである。

上下水道管、給排気管、トンネル、ケーブル埋設管などの管状物、特に下水道管はヒビや亀裂等の損傷、その他の異常を発見するために、定期的な内壁面の調査、点検が必要である。そして、これらの調査においては管状物の内壁面を管の長手方向に切り開いて平面状に展開したような展開図の作成が行われてきた。近年、この展開図の作成は、従来の人間による手作業に代わり、管状物内部を管状物に沿って移動するカメラなどを用いて管状物の内壁面を撮影し、その撮影した画像データに画像処理を施すなどして行うことが多い。このような、管状物の内壁面の撮影画像から展開図としての展開画像を作成する従来の管内壁面画像展開システムの一例としては次の図７、図８に示すようなものがある。

図７に示す、従来の管内壁面画像展開システムの画像撮影手段２０は、下水道管などの管状物１０の内部に管状物１０の中心軸１３と画像撮影手段２０の撮影画像の中心とがほぼ一致するように配置される。また、画像撮影手段２０は管状物１０の内壁面を撮影することができると共に、管状物１０に沿って移動することが可能である。尚、図７、図８では便宜的に管状物１０の上方向をＡ、下方向をＣ、右方向をＢ、左方向をＤとし、画像撮影手段２０による撮影画像の上方向をＡ’、下方向をＣ’、右方向をＢ’、左方向をＤ’として説明を行うものとする。

画像撮影手段２０によって取得される管状物１０の内壁面の画像データは、モニタ等の画面上では、図８（ａ）に示す内壁面画像３４のように、管状物１０の中心軸１３が内壁面画像３４のほぼ中心に位置するとともに、例えば内壁面画像３４の上下左右方向Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’が管状物１０の上下左右方向Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとに対応した円形の画像となる。この内壁面画像３４から展開画像を作成するにあたっては、先ず図８（ａ）の破線で示す、内壁面画像３４上に位置及び大きさが固定されたサンプリングライン３０上の画像データを、例えばサンプリング開始点Ａ’’からサンプリングライン３０に沿って一周するようにサンプリングする。そして、サンプリングした画像データを縦１列の直線状に配列する画像展開処理を行う。その後、画像撮影手段２０は次のサンプリング位置まで管状物１０に沿って移動し、管状物１０の内壁面の撮影を行う。ここで得られる内壁面画像３４に対して、同様にサンプリングライン３０上の画像データをサンプリングし、前に配列された展開画像の右列に縦一列の直線状に配列する画像展開処理を行う。これらの作業を繰り返すことにより、図８（ｂ）に示すように、例えば管状物１０の内壁面が画面上の上方向Ａ’で切り開かれて平面状に広げられたような展開画像が作成される。ここで、仮に管状物１０の内壁面に亀裂１１やヒビ１２などの異常等が存在していれば、図８（ｂ）に示す展開画像を確認することでその異常の位置、寸法、形状等を正確に把握することができる。

このような管内壁面画像展開システムにおいて展開画像作成作業の高速化、効率化を図るためには、サンプリング位置間隔と画像撮影手段２０の撮影間隔とが合致するように画像撮影手段２０の移動速度を設定し、画像撮影手段２０を管状物１０に沿って一定速度で移動させながら、連続して管状物１０の内壁面の撮影を行い、撮影された内壁面画像３４に対して随時画像展開処理を行うことが望ましい。

しかしながら、１つのフレームの画像データから１箇所のサンプリング位置の画像展開処理を行う上記の管内壁面画像展開システムでは、画像の走査速度の関係上、その高速化には限度がある。

また、画像撮影手段２０が何らかの障害により所定の移動速度より遅くなった場合には、その部分の展開画像は管状物１０の長手方向に伸びた画像となり、逆に画像撮影手段２０が所定の移動速度より速くなった場合には、その部分の展開画像は管状物１０の長手方向に縮んだ画像となる。このように、歪みの生じた展開画像では異常の位置、寸法、形状等を正確に把握することはできない。このため、画像撮影手段２０は一定の移動速度になるよう高精度に制御される必要がある。しかしながら、特に下水道管のように内壁の表面状態が場所ごとに変化するような管状物１０内で、画像撮影手段２０の移動速度を一定に制御することは難しく、このことが更に展開画像作成作業の高速化、効率化の妨げとなっている。

この問題に対して、下記［特許文献１］に開示された発明では、先ず、管状物１０の内壁面を連続して撮影し記録媒体中に記録する。そして、記録された画像データについて１フレームごとに画像展開処理を行い展開画像を作成する。次に、作成された展開画像とその前のフレームの展開画像とから、展開画像の運動量及び運動方向を算出する。次に、算出された運動量に基づく幅で展開画像を短冊状に切り出すとともに、算出された運動方向に基づいて短冊状の展開画像を所定の位置に貼り付けることで、繋ぎ目のない連続した管状物の内壁面展開画像を作成している。

［特許文献１］に開示された発明によれば、展開画像から得られる展開画像の運動量に対応して展開画像の切り出す幅を調整するため、画像撮影手段２０（特許文献１におけるカメラ）の速度を一定に制御しなくとも歪みの無い連続した管状物１０の内壁面の展開画像を作成することができる。

特開２００３−０３２６７４号公報

しかしながら［特許文献１］に開示された発明では、前後フレームの展開画像から運動量及び運動方向を算出するなど処理が極めて複雑なことに加え、１フレームごとに展開画像を作成するため、最終的な展開画像の作成に膨大な時間を要するという問題点がある。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、画像撮影手段の移動速度を一定に制御することなく、画像撮影手段により撮影された管状物の内壁面の画像データから、歪みの無い展開画像を短時間で作成する管内壁面画像展開システムを提供することを目的とする。

本発明は、
（１）管状物１０の内部を当該管状物１０に沿って移動しかつ、管状物１０内の全天画像を撮影する画像撮影手段２０からの全天画像データを基に、展開画像を作成する管内壁面画像展開システムにおいて、
前記画像撮影手段２０からの取得した全天画像データ（画像データＳｖ）中に全天画像データ（画像データＳｖ）取得時の位置情報Ｓｐをデジタル信号として挿入する信号挿入部２２と、
前記信号挿入部２２により全天画像データ（画像データＳｖｐ）に挿入された位置情報Ｓｐから、当該全天画像データ（画像データＳｖｐ）が、管状物１０の長手方向に等間隔に設定されたサンプリング位置に対してどこの位置で撮影されたものかを判断し、この判断結果に基づき前記管状物１０の内形と相似形でかつ大きさの異なる複数のサンプリングライン３００から、管状物１０のサンプリング位置に対して最も近い位置に相当するサンプリングラインを選択し、選択されたサンプリングライン上に沿って所定のサンプリング開始点から前記全天画像データ（画像データＳｖｐ）に対するサンプリングを、サンプリングされた画像データの総数が一定となるようにサンプリングライン毎に設定された間隔にて行い、更にサンプリングされた線画像データを一列の直線状にして配列することにより画像展開処理する画像処理部２４と、
を備えたことを特徴とする管内壁面画像展開システムを提供することにより、上記課題を解決する。
（２）画像処理部２４が、全天画像データ（画像データＳｖｐ）に挿入された位置情報Ｓｐを確認し、
全天画像データ（画像データＳｖｐ）が所定のサンプリング位置に到達しない位置で撮影されものと判断した場合に次の全天画像データ（画像データＳｖｐ）が入力するまで待機し、
全天画像データ（画像データＳｖｐ）が所定のサンプリング位置と合致する位置で撮影されたものと判断した場合に位置基準となるサンプリングラインを選択して線画像データのサンプリングを行い、
全天画像データ（画像データＳｖｐ）が所定のサンプリング位置を通過した位置で撮影されたものと判断した場合に通過したサンプリング位置に最も近い位置に相当するサンプリングラインを選択して順次線画像データのサンプリングを行うことを特徴とする上記（１）記載の管内壁面画像展開システムを提供することにより、上記課題を解決する。

（３）サンプリングされる個々の画素の画像データは、当該画素の近傍に位置する画素の画像データを、サンプリングラインを構成する理想サンプリング点の位置に基づいた比率で合成して取得されることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の管内壁面画像展開システムを提供することにより、上記課題を解決する。

（４）前記信号挿入部２２により位置情報Ｓｐが挿入された全天画像データ（画像データＳｖｐ）を偶数フィールドの全天画像データ（画像データＳｖｐ’）と奇数フィールドの全天画像データ（画像データＳｖｐ’）とに分割し、
分割された全天画像データ（画像データＳｖｐ’）中にそれぞれに挿入された位置情報Ｓｐに基づいて、サンプリングラインの選択を行うことを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の管内壁面画像展開システムを提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係る管内壁面画像展開システムは、上記の構成により、
（１）画像データ撮影時の画像撮影手段の位置情報を撮影した画像データに挿入し、その位置情報に基づいて複数のサンプリングラインからサンプリング位置に対して最も近い位置に相当するサンプリングラインを選択して画像展開処理を行うため、画像撮影手段の移動速度を一定とせずとも歪みの無い展開画像を作成することができる。
（２）１つのフレームの画像データから、複数のサンプリング位置の画像展開処理を行うことも可能となるため、展開画像作成作業の高速化と効率化を図ることができる。
（３）１つのフレームの画像データを偶数フィールドの画像データと奇数フィールドの画像データとに分割し、それぞれの画像データに対して上記の処理を行うことで、１つのフレームの画像データから２箇所の撮影位置の画像データを取得することができるため、より展開画像作成作業の高速化と効率化を図ることができる。

本発明に係る管内壁面画像展開システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る管内壁面画像展開システムの概要を示すブロック図である。図２は本発明に係る管内壁面画像展開システムにおける画像データの表示画面の概略図である。図３は本発明に係る管内壁面画像展開システムの画像処理の第２の形態を説明するフローチャートである。図４は画像データのサンプリングを説明する概念図である。図５は姿勢検知手段を有する本発明に係る管内壁面画像展開システムの概要を示すブロック図である。図６は姿勢検知手段を有する本発明に係る管内壁面画像展開システムの動作を説明する図である。尚、従来の技術に係る図７、図８と同様の部材等に関しては同符号にて示す。

図１は本発明に係る管内壁面画像展開システムの概要を示すブロック図である。尚、図１においては、本発明と直接関係のない、画像撮影手段２０の駆動装置や制御装置、遠隔操作の構成などに関するブロックについては記載及び説明を省略するものとする。

本発明に係る管内壁面画像展開システムは、画像撮影手段２０からの画像データＳｖと位置情報取得手段２６からの位置情報Ｓｐが入力され画像データＳｖｐとして画像処理部２４に出力する信号挿入部２２と、入力された画像データＳｖｐから展開画像データＳｆを作成する画像処理部２４を有している。

画像撮影手段２０は、管状物１０の内壁面の全天画像を撮影する撮影部４１を備えており、撮影部４１により撮影された全天画像を画像データＳｖとして信号挿入部２２に出力する。また、画像撮影手段２０は、上下水道管、給排気管、トンネル、ケーブル埋設管などの管状物１０の内部に配置され、管状物１０に沿って自走あるいはケーブルなどにより牽引されて移動する。尚、画像撮影手段２０は、画像撮影手段２０の撮影画像との中心と管状物１０の中心軸１３とがほぼ合致するように管状物１０の内部に配置されることが好ましい。画像撮影手段２０の移動手段には車輪等が用いることが一般的であるが、管状物１０に水が溜まっている場合には、画像撮影手段２０に浮体等をつけて水に浮かせて移動させることも可能である。更に、画像撮影手段２０には図示しない照明装置を備えており、管状物１０内部を照らすことができる。

撮影部４１としてはＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳなどの周知の画像撮影装置を用いることができる。また、撮影部４１に光ファイバを用いれば、管状物１０の大きさが小さい場合でも管状物１０の内壁面を撮影することが可能となる。撮影部４１のレンズとしては管状物１０内壁面の長手方向の全天画像を撮影するために広角レンズを用いることが好ましく、中でもレンズの光軸に対して略直角（対角１８０°）以上の撮影角度を有する超広角レンズを用い、撮影部４１の周囲の内壁面を含むように管状物１０内を撮影することが好ましい。また、撮影部４１の撮影方向に所定の角度もしくは曲率を有する反射鏡を設けて、間接的に撮影部４１の周囲の内壁面を撮影するようにしても良い。

位置情報取得手段２６は画像撮影手段２０の位置を取得し、位置情報Ｓｐとして信号挿入部２２に出力する。位置情報取得手段２６としては、レーザ光や電波を用いたものなど、周知の位置検知システムを用いることが可能である。中でも画像撮影手段２０に接続されたケーブル、ワイヤ等を弛まないよう保持し、そのケーブル、ワイヤ等の送り出し量から画像撮影手段２０の位置を検知し位置情報Ｓｐを取得するものが好ましい。尚、位置情報取得手段２６による画像撮影手段２０の位置の検知精度は、管状物１０のサンプリング位置間隔の数分の１から数十分の１であることが好ましい。

信号挿入部２２には、位置情報取得手段２６からの位置情報Ｓｐが常に入力されており、信号挿入部２２は画像撮影手段２０から画像データＳｖが入力されたときの位置情報Ｓｐをデジタル信号として画像データＳｖに挿入することで、画像データＳｖを取得したときの画像撮影手段２０の位置情報Ｓｐを、画像データＳｖに挿入することができる。信号挿入部２２にて位置情報Ｓｐが挿入された画像データＳｖは画像データＳｖｐとして画像処理部２４に出力される。また、画像データＳｖｐを記録媒体などに記録しておき、記録された画像データＳｖｐを画像処理部２４に入力して後述する一連の処理を行うことも可能である。尚、画像データＳｖもしくは画像データＳｖｐを図示しないモニタ等で表示するようにして、作業者が画像撮影手段２０が撮影した画像を観察できるようにしても良い。

画像処理部２４に入力された画像データＳｖｐは、画像データＳｖｐの位置情報Ｓｐに基づいて後述するサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理を行い、管状物１０の内壁面が平面状に広げられたような展開画像データＳｆとして出力手段４５に出力する。ここでの、出力手段４５とは記録媒体などに記録する記録機器、紙等に印刷するプリンタ、画面に表示するモニタなどであり、出力手段４５により展開画像データＳｆは記録、印字、もしくは表示等がされる。尚、出力手段４５は複数設けても良い。

ここで仮に、位置情報Ｓｐと画像データＳｖとを個別の信号として処理部に入力して画像処理を行う場合を考える。この場合、処理部は画像データＳｖとその画像データＳｖが取得されたときの位置情報Ｓｐとを同期する必要がある。しかしながら、処理部はこの同期処理以外にも他の複数の処理を並行して行う場合が多く、このような場合にはこの同期処理に遅延時間が生じる。この遅延時間は処理部が並行して行っている処理の数、内容等によって左右されるものであることから、この一定でない遅延時間を補正して画像データＳｖと位置情報Ｓｐとの同期を正確にとるためには極めて複雑な処理を要する。本発明の管内壁面画像展開システムは、前述のように信号挿入部２２により画像データＳｖに位置情報Ｓｐを挿入するため、それぞれの画像データＳｖｐに挿入された位置情報Ｓｐは画像データＳｖｐ毎に確定したものとなり変化することが無い。そして、画像処理部２４はそれぞれの画像データＳｖｐに挿入された位置情報Ｓｐに基づいて後述するサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理を行うため、複雑な処理を行わなくとも、常に画像データＳｖと位置情報Ｓｐとは一致するのである。

次に、画像処理部２４のサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理に関して詳しく説明する。

図２は画像データＳｖｐをモニタなどに表示したときの画面の概略を示した図である。画像処理部２４に入力される画像データＳｖｐには、管状物１０の内壁面を撮影した画像データＳｖからの内壁面画像３４とともに、デジタル信号として挿入された位置情報Ｓｐが、画面の走査方向と平行な明暗（一般的なディスプレイでは白黒）のドット列３２として表示される。尚、図２においては、位置情報Ｓｐの挿入位置が画面上部、即ち画像データＳｖの先頭部分に挿入した例を用いたが、特に先頭部分に挿入する必要はなく、画像データＳｖの末尾部分や途中部分に挿入しても良い。ただし、管状物１０の内壁面画像３４に大きく影響を与えない部位に挿入されることが好ましい。

内壁面画像３４には、図２中の破線で示す、中心点が同一で大きさが異なる複数のサンプリングライン３００が設けられる。サンプリングライン３００の数は特に限定は無く、例えば５、１０、５０、１００、２００個とすることができ、特に１００個程度が好ましい。図２においてはサンプリングライン３００の数が１０個の例を示しており、大きさの小さい内側のサンプリングラインから順にサンプリングライン３０１、３０２、・・・、３１０とした。尚、図２では管状物１０が円形の例を用いているためにサンプリングライン３００も管状物１０の内形と相似形である円形となる。また、このサンプリングライン３００は概念的なものであり、図２中では便宜上破線にて示しているが、サンプリングライン３００による画像データＳｖｐのサンプリングは実際には画像処理部２４の内部で行われるため、特に画面上に表示しなくとも良い。

尚、図２では管状物１０が円形の例を用いておりサンプリングライン３００も円形となるため、以降は管状物１０の大きさ及び、サンプリングライン３００の大きさを径と記載するものとする。

各サンプリングライン３００の径は、それぞれの隣り合うサンプリングラインの径の差が、管状物１０の長手方向の距離に対して等間隔になるように設定することが好ましい。例えば、管状物１０の長手方向の距離に対して０．５ｍｍ間隔でサンプリングライン３００を形成したい場合には、それぞれの隣り合うサンプリングライン３０１と３０２、サンプリングライン３０２と３０３、・・・サンプリングライン３０９と３１０の径の差が、管状物１０の長手方向の距離に対して０．５ｍｍに相当するように各サンプリングラインの径を設定する。尚、いくつかのサンプリングライン、例えばサンプリングライン３０１、３０５、及び３１０の径の差を管状物１０の長手方向の距離に対して等間隔になるように設定し、その間に位置するサンプリングラインの径は、設定されたサンプリングライン３０１、３０５及び、サンプリングライン３０５、３１０の径に対し画面上で等間隔になるように近似して設定しても良い。

画像処理部２４にて管内壁面の展開画像の作成を行うためには、予め管状物１０のサンプリング位置の間隔と管状物１０の径を入力する。管状物１０の径が入力されることで、隣り合うサンプリングライン、例えばサンプリングライン３０１とサンプリングライン３０２との径の差が管状物１０の長手方向の距離のいくつに相当するかが算出される。尚、サンプリングライン３００の数や、隣り合うサンプリングラインの径の差を任意に設定できるようにすれば、管状物１０の大きさや、管状物１０の調査目的に則した展開画像をより効率良く作成することができる。

ここで、画像処理部２４におけるサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理の第１の形態を、画像撮影手段２０が管状物１０に沿って手前側から奥側に向かって前進し、管状物１０のサンプリング位置間隔を長手方向に１ｍｍ、隣り合うサンプリングラインの径の差が管状物１０の長手方向の距離の０．５ｍｍに相当する場合を例として説明する。この場合、画面上の最内周のサンプリングライン３０１が画像撮影手段２０の進行方向の一番遠い位置のサンプリングラインとなり、最外周のサンプリングライン３１０が画像撮影手段２０の進行方向の一番手前に位置するサンプリングラインとなる。

先ず、開始位置にて画像撮影手段２０が管状物１０の内壁面を撮影し、得られた画像データＳｖを信号挿入部２２に出力する。出力された画像データＳｖは信号挿入部２２にて位置情報Ｓｐが挿入され、画像データＳｖｐとして画像処理部２４に出力される。画像処理部２４は画像データＳｖｐの位置情報Ｓｐから開始位置を認識すると共に、位置基準となる最内周のサンプリングライン３０１上の画像データを例えばサンプリング開始点Ａ’’からサンプリングし、縦１列の直線状に配列する画像展開処理を行う。

次に、画像撮影手段２０は管状物１０に沿って前進しながら、連続して管状物１０の内壁面を撮影し、画像データＳｖを取得する。取得された画像データＳｖは同様にして、信号挿入部２２にて位置情報Ｓｐが挿入され画像データＳｖｐとして画像処理部２４に出力される。前述のように画像処理部２４にはサンプリング位置間隔が予め入力されているため、画像処理部２４は入力された画像データＳｖｐの位置情報Ｓｐから、画像データＳｖｐの画像がサンプリング位置に対してどこの位置で撮影されたものかを判断することが可能となる。

画像処理部２４に入力された画像データＳｖｐが、次のサンプリング位置に到達しない位置で撮影された画像データＳｖｐと判断された場合、画像処理部２４は画像展開処理は行わず、次の画像データＳｖｐが入力されるまで待機する。

画像処理部２４に入力された画像データＳｖｐが、次のサンプリング位置と合致する位置で撮影された画像データＳｖｐと判断された場合、画像処理部２４は最内周のサンプリングライン３０１を選択し、サンプリングライン３０１上の画像データをサンプリング開始点Ａ’’からサンプリングする。その後、前に縦１列に配列された展開画像の右の画素列に、新たにサンプリングされた画像データを縦１列の直線状に配列することで画像展開処理を行う。

画像処理部２４に入力された画像データＳｖｐが、次のサンプリング位置を０．５ｍｍ過ぎた位置で撮影された画像データＳｖｐであると判断された場合、画像処理部２４は位置基準となるサンプリングライン３０１から０．５ｍｍ手前の位置に相当するサンプリングライン３０２を選択し、同様にしてサンプリングライン３０２上の画像データをサンプリングし、前に縦１列に配列された展開画像の右の画素列に縦１列の直線状に配列する画像展開処理を行う。尚、この際のサンプリングは、各サンプリングラインでサンプリングされる画像データの総数が一定となるようにサンプリングライン毎に設定された間隔にて行う。このため、得られる展開画像に歪みが生じることはない。

画像処理部２４に入力された画像データＳｖｐが、次のサンプリング位置を２．５ｍｍ過ぎた位置で撮影された画像データＳｖｐであると判断された場合、画像処理部２４は先ず位置基準となるサンプリングライン３０１から２．５ｍｍ手前の位置に相当するサンプリングライン３０６を選択し、サンプリングライン３０６上の画像データをサンプリングライン毎に設定された間隔でサンプリングし、同様な画像展開処理を行う。次に、画像処理部２４は位置基準となるサンプリングライン３０１から１．５ｍｍ手前の位置に相当するサンプリングライン３０４を選択し、サンプリングライン３０４上の画像データをサンプリングライン毎に設定された間隔でサンプリングし、同様な画像展開処理を行う。次に、画像処理部２４は位置基準となるサンプリングライン３０１から０．５ｍｍ手前の位置に相当するサンプリングライン３０２を選択し、サンプリングライン３０２上の画像データをサンプリングライン毎に設定された間隔でサンプリングし、同様な画像展開処理を行う。よってこの場合には、１つの画像データＳｖｐから３箇所のサンプリング位置の画像展開処理が外側のサンプリングラインから順次行われることとなる。

尚、サンプリング位置と合致するサンプリングライン３００が存在しない場合には、サンプリング位置に対して最も近い位置に相当するサンプリングラインを選択し、同様な処理を行う。

これらの作業を繰り返すことで、管状物１０の内壁面の展開画像が作成され、展開画像データＳｆとして出力手段４５に出力される。尚、展開画像データＳｆの出力は画像展開処理毎に随時行うこともできる。

尚、隣り合うサンプリングラインの径の差を小さくし、管状物１０のサンプリング位置間により多くのサンプリングラインを設けるようにすれば、実際のサンプリング位置と合致する理想サンプリングラインにより近い位置のサンプリングラインを選択することが可能となるため、更に精度の高い正確な展開画像の作成が可能となる。サンプリング位置間に設けるサンプリングラインの数は、管状物１０の大きさ、調査目的にもよるが、概ね５個〜１０個程度とすることが好ましい。

画像撮影手段２０がケーブルで牽引される等などして後退しながら管状物１０の内壁面を撮影する場合には、位置基準となるサンプリングラインを最外周のサンプリングライン３１０とし、１つの画像データＳｖｐから複数のサンプリング位置のサンプリングが行われる際には、内側のサンプリングラインから順に処理を行う。また、サンプリングされた画像データは、展開画像の左の画素列に順次配列するようにする。

尚、位置基準となるサンプリングラインは、必ずしも最内周もしくは最外周のサンプリングライン３０１、３１０でなくとも良く、最内周のサンプリングライン３０１と最外周のサンプリングライン３１０間に位置する任意のサンプリングラインを位置基準としても良い。この場合には、画像処理部２４に入力された画像データＳｖｐが、サンプリング位置に到達しない位置で撮影された画像データＳｖｐであっても画像展開処理を行うことが可能となる。

また、上記の例ではサンプリングされた画像データを縦方向（画面の走査線に垂直な方向）に配列した例を示したが、画面の走査線に平行な方向に配列するようにしても良い。

次に、画像処理部２４におけるサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理の第２の形態を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。尚、日本のＴＶ画像の表示方式はインタレース方式を採用しており、１フレームの画像は偶数フィールドの画像と奇数フィールドの画像とで構成され、偶数フィールドの画像と奇数フィールドの画像とを交互に表示することで動画を形成している。本発明の第２の形態は、１フレームの画像データＳｖｐを偶数フィールドの画像データＳｖｐ’と奇数フィールドの画像データＳｖｐ’とに分割して、それぞれのフィールドの画像データＳｖｐ’に対して、本発明の第１の形態と同様のサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理を行い、管状物１０の管内壁面の展開画像を作成するものである。よって、図３に示すフローチャートのうち、ステップＳ１０２及び、ステップＳ１０５〜Ｓ１０８を除き、ステップＳ１０３にて画像データＳｖｐから開始位置を設定し、ステップＳ１０４の次にサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理であるステップＳ２００〜Ｓ２０４を行うものが本発明の第１の形態に相当する。

先ず、第１の形態同様、ステップＳ１００にてサンプリング位置間隔と管状物１０の大きさなどを入力する。次に、ステップＳ１０１にて開始位置の画像データＳｖｐが入力されるまで待機する。開始位置の画像データＳｖｐが入力されるとステップＳ１０２にて画像データＳｖｐを偶数フィールドの画像データＳｖｐ’と奇数フィールドの画像データＳｖｐ’に分割する。尚、偶数フィールドの画像データＳｖｐ’と奇数フィールドの画像データＳｖｐ’とは撮影位置が異なるため、挿入されている位置情報Ｓｐも偶数フィールドと奇数フィールドで異なるものとなる。次に、ステップＳ１０３にて偶数フィールドの画像データＳｖｐ’と奇数フィールドの画像データＳｖｐ’のそれぞれの位置情報Ｓｐを確認し、管状物１０の奥側（画像撮影手段２０の進行方向側）のフィールドの画像データＳｖｐ’を開始位置として設定した後、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４にて画像データＳｖｐが入力されるとステップＳ１０５にて画像データＳｖｐを偶数フィールドの画像データＳｖｐ’と奇数フィールドの画像データＳｖｐ’とに分割する。次に、ステップＳ１０６にて偶数フィールドの画像データＳｖｐ’と奇数フィールドの画像データＳｖｐ’のそれぞれの位置情報Ｓｐを確認し、それぞれの画像データＳｖｐ’が撮影されたときの画像撮影手段２０の位置が、画像撮影手段２０の進行方向に対して手前側か奥側かを判別する。次に、ステップＳ１０７にて画像撮影手段２０の進行方向手前側で撮影されたフィールドの画像データＳｖｐ’に対して、ステップＳ２００〜Ｓ２０４のフローに沿ってサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理を行う。次いで、ステップＳ１０８にて画像撮影手段２０の進行方向奥側で撮影されたフィールドの画像データＳｖｐ’に対して、ステップＳ２００〜Ｓ２０４のフローに沿ってサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理を行う。

次に、ステップＳ１０９にて作業終了か否かを判断し、終了であればステップＳ１１０にて所定の終了処理を行う。また、作業が終了でなければステップＳ１０４に戻り上記の処理を繰り返す。尚、作業終了の判断はモニタ等に表示された画像撮影手段２０からの画像を作業者が確認して送信する作業終了を指示する信号の有無から行っても良いし、画像データＳｖｐもしくはフィールド分割後の画像データＳｖｐ’の位置情報Ｓｐが予め設定された作業終了位置を通過したか否かから判断するようにしても良い。

次に、ステップＳ２００〜Ｓ２０４で示されるサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理のフローを説明する。先ず、ステップＳ２００にて手前側もしくは奥側のフィールドの画像データＳｖｐ’が未処理のサンプリング位置を通過しているか否かを画像データＳｖｐ’に挿入されている位置情報Ｓｐから判断する。画像データＳｖｐ’が未処理のサンプリング位置を通過していなければサンプリングライン選択処理及び、展開処理は終了となり、手前側フィールドの画像データＳｖｐ’処理時にはステップＳ１０８へ、奥側フィールドの画像データＳｖｐ’処理時にはステップＳ１０９へと進む。

画像データＳｖｐ’が未処理のサンプリング位置を通過していれば、ステップＳ２０１にて未処理のサンプリング位置のうち一番手前側のサンプリング位置について、そのサンプリング位置に対して最も近い位置に相当するサンプリングラインを画像データＳｖｐ’に挿入されている位置情報Ｓｐを基に選択する。次に、ステップＳ２０２にて選択されたサンプリングライン上の画像データをサンプリングする。次に、ステップＳ２０３にてサンプリングされた画像データを、前に縦１列に配列された展開画像の右の画素列に縦一列の直線状に配列する画像展開処理を行う。これにより、上記の一番手前側の未処理のサンプリング位置は処理済となる。次に、ステップＳ２０４にて再度、この画像データＳｖｐ’が未処理のサンプリング位置を通過しているか否かを画像データＳｖｐ’に挿入されている位置情報Ｓｐから判断する。画像データＳｖｐ’が未処理のサンプリング位置を通過していなければサンプリングライン選択処理及び、展開処理は終了となり手前側フィールドの画像データＳｖｐ’処理時にはステップＳ１０８へ、奥側フィールドの画像データＳｖｐ’処理時にはステップＳ１０９へと進む。画像データＳｖｐ’が未処理のサンプリング位置を通過していれば、ステップＳ２０１に戻り同様のサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理を行う。

尚、図３に示すフローチャートは、画像撮影手段２０が管状物１０に沿って手前側から奥側へと前進するときの例であり、画像撮影手段２０が管状物１０の奥側から手前側に後退するような場合には、奥側フィールドと手前側フィールドとがすべて逆となる。

上記の第２の形態のサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理によれば、１枚の画像データＳｖｐを偶数フィールドの画像データＳｖｐ’と奇数フィールドの画像データＳｖｐ’とに分割して処理することで、１枚の画像データＳｖｐから２箇所の撮影画像を得ることができる。このため、画像撮影手段２０の移動速度を約２倍とすることが可能で、更なる展開画像作成作業の高速化を図ることができる。

尚、前記の第１の形態及び、第２の形態における画像データのサンプリングに際しては、以下に説明するように近傍に位置する画素の画像データを、サンプリングラインを構成する理想サンプリング点の位置に基づいた比率で合成し、サンプリングした画像データとしても良い。

図４は画像データのサンプリングを説明する概念図である。図４の実線で囲まれた四角は画像データＳｖｐ、Ｓｖｐ’が画面上に表示されたときの画面の画素を示し、ここでは便宜的に縦方向に８番目〜１０番目の走査線及び、横方向にそれらの走査線の４番目〜８番目の画素を表すものとする。ここで、選択されたサンプリングラインによって画像データをサンプリングする際に、サンプリングラインを構成する個々の点である理想サンプリング点Ｒ１、Ｒ２は、図４に示すように、常にサンプリングする画素の中心に位置するわけではない。

仮に、８番目の走査線αの中心を８．０とし５番目の画素列の中心を５．０としたときに、理想サンプリング点Ｒ１の座標が（５．２，８．３）の位置に仮想的に存在した場合を考える。当然のことながら走査線αの５番目の画素α５は１つの画像データしか有しておらず、理想サンプリング点Ｒ１が画素α５のどこの位置に存在しようとも１つの画像データしか提供することはできない。このような場合には、画像処理部２４は画素α５の近傍に位置する走査線αの６番目の画素α６、走査線βの５番目及び６番目の画素β５、β６の画像データを理想サンプリング点Ｒ１の位置に基づいた比率で合成し、その合成した画像データをサンプリングした画像データとする。

即ち、理想サンプリング点Ｒ１の横方向の座標は５．２であるから、画素α５の画像データを８０％、画素α６の画像データを２０％の比率で合成する。同様に画素β５の画像データを８０％、画素β６の画像データを２０％の比率で合成する。また、理想サンプリング点Ｒ１の縦方向の座標は８．３であるから、合成された走査線αの画像データを７０％、合成された走査線βの画像データを３０％の比率で合成する。つまり、理想サンプリング点Ｒ１にてサンプリングされる画像データは、画素α５の画像データを５６％、画素α６の画像データを１４％、画素β５の画像データを２４％、画素β６の画像データを６％の比率で合成されたものとなる。

また、画像データＳｖｐを偶数フィールドと奇数フィールドとの画像データＳｖｐ’に分割して処理する第２の形態では、画像データＳｖｐ’は交互に画像データ無しの走査線が存在することとなる。ここで、図４の走査線βを画像データ無しの走査線とし、理想サンプリング点Ｒ１とＲ２のうち理想サンプリング点Ｒ２が画像データ無しの走査線βの６番目の画素β６の座標（６．１，９．２）の位置に仮想的に存在した場合を考える。この場合、画像処理部２４は画素β６の近傍に位置する走査線αの６番目及び７番目の画素α６、画素α７、走査線γの６番目及び７番目の画素γ６、γ７の画像データを理想サンプリング点Ｒ２の位置に基づいた比率で合成し、その合成した画像データをサンプリングした画像データとする。即ち、画素α６の画像データを９０％、画素α７の画像データを１０％の比率で合成し、同様に画素γ６の画像データを９０％、画素γ７の画像データを１０％の比率で合成し、合成された走査線αの画像データを４０％、合成された走査線γの画像データを６０％の比率で合成する。つまり、理想サンプリング点Ｒ２にてサンプリングされる画像データは、画素α６の画像データを３６％、画素α７の画像データを４％、画素γ６の画像データを５４％、画素γ７の画像データを６％の比率で合成されたものとなる。

また走査線βが画像データ無しの走査線の場合には、理想サンプリング点Ｒ１でサンプリングされる画像データは画素α５、画素α６、及び走査線γの画素γ５、γ６の画像データを理想サンプリング点Ｒ１の位置に基づいた比率で合成したものとなる。即ち、画素α５の画像データを８０％、画素α６の画像データを２０％の比率で合成し、同様に画素γ５の画像データを８０％、画素γ６の画像データを２０％の比率で合成し、合成された走査線αの画像データを８５％、合成された走査線γの画像データを１５％の比率で合成する。つまり、理想サンプリング点Ｒ１にてサンプリングされる画像データは、画素α５の画像データを６８％、画素α６の画像データを１７％、画素γ５の画像データを１２％、画素γ６の画像データを３％の比率で合成されたものとなる。

このように、理想サンプリング点の近傍に位置する画素の画像データを理想サンプリング点の位置に基づいた比率で合成し、これをサンプリングした画像データとすることで、より滑らかで正確な展開画像を作成することが可能となる。

更に、本発明に係る管内壁面画像展開システムは図５に示すように、画像撮影手段２０にジャイロセンサやピアゾ式３次元加速度センサなどの周知の姿勢検知手段２８を備えることができる。画像撮影手段２０に備えられた姿勢検知手段２８は、画像撮影手段２０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の姿勢の変化を姿勢情報Ｓｄとして信号挿入部２２ａに出力する。信号挿入部２２ａは位置情報取得手段２６からの位置情報Ｓｐに加え、姿勢検知手段２８からの姿勢情報Ｓｄをデジタル信号として画像撮影手段２０からの画像データＳｖに挿入し、画像データＳｖｐｄとして画像処理部２４ａに出力する。画像処理部２４ａは入力された画像データＳｖｐｄの姿勢情報Ｓｄに基づいて画面上のサンプリングライン３００の形状、位置、及びサンプリング開始点Ａ’’の位置を補正した後に、位置情報Ｓｐに基づいて前述したサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理を行う。

図５に示す管内壁面画像展開システムによれば、例えば、図６に示すように、画像撮影手段２０の姿勢が管状物１０内を移動中に変化し、当初合致していた内壁面画像３４の中心１３’と管状物１０の中心軸１３との間にずれが生じた場合には、画像処理部２４ａは姿勢情報Ｓｄに基づいて、サンプリングライン３００の位置、隣り合うサンプリングラインの間隔、サンプリングライン３００の形状を補正して、管状物１０の所定のサンプリング位置において管状物１０の中心軸と直角方向の内壁面に相当する画像データをサンプリングする。更に補正されたサンプリングラインによるサンプリング間隔も姿勢情報Ｓｄに基づいて補正するようにしても良い。

また、画像撮影手段２０が管状物１０内を移動中に管状物１０の長手方向に回転して、当初合致していた内壁面画像３４の上下左右方向Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’と実際の管状物１０の上下左右方向Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとにずれが生じた場合には、画像処理部２４ａは姿勢情報Ｓｄに基づいて、サンプリング開始点Ａ’’を管状物１０に対して常に一定の方向となるような補正を行う。

これらの補正により、画像撮影手段２０の姿勢が管状物１０の内部を移動中に変化したとしても、得られる展開画像に歪みが生じることはない。よって、管状物１０の内壁面撮影中の画像撮影手段２０の姿勢を維持することが不要となり、画像撮影手段２０による管状物１０の内壁面の撮影をより容易に効率良く行うことができる。

以上のことから、本発明に係る管内壁面画像展開システムによれば、画像データＳｖｐ、Ｓｖｐ’、Ｓｖｐｄに挿入された画像撮影手段２０の位置情報Ｓｐに基づいて、大きさの異なる複数のサンプリングライン３００から、サンプリング位置に対して最も近い位置に相当するサンプリングラインを選択して画像データのサンプリングを行うため、画像撮影手段２０の移動速度を一定に制御しなくとも、歪みの無い展開画像を作成することができる。また、画像データＳｖｐ、Ｓｖｐ’、Ｓｖｐｄから複数のサンプリング位置のサンプリングも可能となるため、短時間で効率良く展開画像を作成することができる。また更に、位置情報Ｓｐは画像データＳｖｐ、Ｓｖｐ’、Ｓｖｐｄにデジタル信号として挿入されるため、文字認識等の画像処理が不要で、正確かつ短時間の画像処理が可能となる。

更に、画像データＳｖｐを偶数フィールドと奇数フィールドの画像データＳｖｐ’とに分割し、それぞれの画像データＳｖｐ’に対してサンプリングライン選択処理及び、画像展開処理を行うことで、画像撮影手段２０の移動速度を上げることが可能となり、更なる展開画像作成作業の高速化を図ることができる。

更にまた、画像撮影手段２０に姿勢検知手段２８を設け、姿勢検知手段２８からの姿勢情報Ｓｄを位置情報Ｓｐとともに画像データＳｖに挿入し、姿勢情報Ｓｄに基づいてサンプリングライン３００の形状、位置、及びサンプリング開始点Ａ’’の位置の補正を行うことで、画像撮影手段２０による管状物１０の内壁面の撮影がより容易に効率良く行うことができる。

尚、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することができる。

本発明に係る管内壁面画像展開システムの概要を示すブロック図である。 本発明に係る管内壁面画像展開システムにおける画像データの表示画面の概略図である。 本発明に係る管内壁面画像展開システムの画像処理の第２の形態を説明するフローチャートである。 画像データのサンプリングを説明する概念図である。 姿勢検知手段を有する本発明に係る管内壁面画像展開システムの概要を示すブロック図である。 姿勢検知手段を有する本発明に係る管内壁面画像展開システムの動作を説明する図である。 従来の管内壁面画像展開システムを説明するための図である。 従来の管内壁面画像展開システムの画像展開処理を説明するための図である。

符号の説明

２０ 画像撮影手段
２２、２２ａ 信号挿入部
２４、２４ａ 画像処理部
２６ 位置情報取得手段
２８ 姿勢検知手段
３００、３０１〜３１０ サンプリングライン
３２ ドット列
３４ 内壁面画像
４１ 撮影部
Ｓｄ 姿勢情報
Ｓｆ 展開画像データ
Ｓｐ 位置情報
Ｓｖ、Ｓｖｐ、Ｓｖｐｄ 画像データ
Ｓｖｐ’ フィールド分割された画像データ

Claims (4)

1. 管状物の内部を当該管状物に沿って移動しかつ、管状物内の全天画像を撮影する画像撮影手段からの全天画像データを基に、展開画像を作成する管内壁面画像展開システムにおいて、
   前記画像撮影手段から取得した全天画像データ中に全天画像データ取得時の位置情報をデジタル信号として挿入する信号挿入部と、
   前記信号挿入部により全天画像データに挿入された位置情報から、当該全天画像データが、管状物の長手方向に等間隔に設定されたサンプリング位置に対してどこの位置で撮影されたものかを判断し、この判断結果に基づき前記管状物の内形と相似形でかつ大きさの異なる複数のサンプリングラインから、管状物のサンプリング位置に対して最も近い位置に相当するサンプリングラインを選択し、選択されたサンプリングライン上に沿って所定のサンプリング開始点から前記全天画像データに対するサンプリングを、サンプリングされた画像データの総数が一定となるようにサンプリングライン毎に設定された間隔にて行い、更にサンプリングされた線画像データを一列の直線状にして配列することにより画像展開処理する画像処理部と、
   を備えたことを特徴とする管内壁面画像展開システム。
2. 画像処理部が、全天画像データに挿入された位置情報を確認し、
   全天画像データが所定のサンプリング位置に到達しない位置で撮影されものと判断した場合に次の全天画像データが入力するまで待機し、
   全天画像データが所定のサンプリング位置と合致する位置で撮影されたものと判断した場合に位置基準となるサンプリングラインを選択して線画像データのサンプリングを行い、
   全天画像データが所定のサンプリング位置を通過した位置で撮影されたものと判断した場合に通過したサンプリング位置に最も近い位置に相当するサンプリングラインを選択して順次線画像データのサンプリングを行うことを特徴とする請求項１記載の管内壁面画像展開システム。
3. サンプリングされる個々の画素の画像データは、当該画素の近傍に位置する画素の画像データを、サンプリングラインを構成する理想サンプリング点の位置に基づいた比率で合成して取得されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の管内壁面画像展開システム。
4. 前記信号挿入部により位置情報が挿入された全天画像データを偶数フィールドの全天画像データと奇数フィールドの全天画像データとに分割し、
   分割された全天画像データ中にそれぞれに挿入された位置情報に基づいて、サンプリングラインの選択を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の管内壁面画像展開システム。

Images