JP7152986B2 - 石材復旧位置特定方法及び石材復旧位置特定装置 - Google Patents

Description

本発明は、石垣における崩落石材の復旧位置を特定する方法及び装置に関する。

城郭や寺社等の石垣の多くは、築造から数百年以上を経ており、劣化していることがある。このような石垣が地震や台風等の自然災害によって崩落する事態が起こっており、崩落した石垣を復旧することが求められている。特に、国の史跡等に指定されている石垣が崩落した場合には、文化的価値を保護するために石垣を崩落前の姿に正確に復旧することが求められている。

石垣に用いられる石材の形状は個々に異なっている。崩落した石垣を正確に復旧するためには、崩落した石垣における石材の復旧位置を個々に特定することが必要である。復旧位置を特定する方法として、非特許文献１には、画像処理技術を用いる方法が開示されている。

非特許文献１には、崩落前に撮影された石垣の画像と崩落後に撮影された石材の画像とを、画像中の石材の明るさに基づいて照合し、崩落前の石垣における石材の位置を特定する方法が開示されている。

富士通株式会社プレスリリース「熊本城における、崩落前の石垣石材位置を特定する画像処理技術の実証実験を完了」、［online］、２０１９年３月１１日、［平成３１年３月２５日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://pr.fujitsu.com/jp/news/2019/03/11-1.html）

非特許文献１に開示された方法では、石材の明るさに基づいて画像どうしを照合している。そのため、同一産地から切り出される等して、石垣における複数の石材の明るさが略同じ場合には、崩落前の石垣における石材の位置を特定するのは困難であり、石材の復旧位置を精度よく特定することが出来ない。また、仮に石材の凹凸や輪郭を特徴点として抽出したとしても、石材表面が滑らかである場合や輪郭が似通っている場合には、照合が困難であり、石材の復旧位置を精度よく特定することが出来ない。

本発明は、石材の復旧位置を精度よく特定することを目的とする。

本発明は、石垣における崩落石材の復旧位置を特定する石材復旧位置特定方法であって、崩落前の石垣の画像を用いて、複数の石材毎の石垣露出面の面積を画像処理によって算出し、崩落石材の画像を用いて、崩落石材における石垣露出面と想定される面の面積を画像処理によって算出し、崩落前の石垣の画像を用いて算出された面積と、崩落石材の画像を用いて算出された面積と、を照合することによって崩落石材の復旧位置を特定する。

また、本発明は、石垣における崩落石材の復旧位置を特定する石材復旧位置特定装置であって、崩落前の石垣の画像を用いて、複数の石材毎の石垣露出面の面積を画像処理によって算出する崩落前露出面積算出部と、崩落石材の画像を用いて、崩落石材における石垣露出面と想定される面の面積を画像処理によって算出する崩落後露出面積算出部と、崩落前露出面積算出部により算出された面積と、崩落後露出面積算出部により算出された面積と、を照合することによって崩落石材の復旧位置を特定する特定部と、を備える。

本発明によれば、石材の復旧位置を精度よく特定することが出来る。

本発明の実施形態に係る石材復旧位置特定装置のブロック図である。 本発明の実施形態に係る石材復旧位置特定方法のフローチャート図である。 崩落前の前記石垣の画像を用いて検出される石材毎の石垣露出面の輪郭の一例を示す図である。 崩落石材の画像の一例を示す図である。 正対補正された崩落石材の画像の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る石材復旧位置特定方法及び石材復旧位置特定装置１００について説明する。

国の史跡等に指定されている城郭や寺社等の石垣が崩落した場合には、文化的価値を保護するために石垣を崩落前の姿に正確に復旧することが求められている。石垣に用いられる石材の形状は個々に異なっているため、崩落した石垣を正確に復旧するためには、崩落した石垣における石材（以下、「崩落石材」と称する）の復旧位置を個々に特定する必要がある。

崩落石材の復旧位置を特定する方法として、石材の明るさ、凹凸及び輪郭といった特徴を解析し、崩落前後でこれらの特徴を照合することが考えられる。しかしながら、石垣における石材は同一産地から切り出される等して明るさが略同じである場合があり、この場合には、崩落前後で石材の明るさを照合しても石材の復旧位置を精度よく特定することが出来ない。また、石材の表面が滑らかである場合又は石材の輪郭が似通っている場合には、崩落前後で石材の凹凸又は輪郭を照合しても石材の復旧位置を精度よく特定することが出来ない。

本実施形態に係る石材復旧位置特定方法は、崩落前の石垣における複数の石材毎の石垣露出面の面積と、崩落石材における石垣露出面と想定される面の面積と、を照合する。そのため、崩落石材の復旧位置は、崩落前の石垣における複数の石材の中から石垣露出面の面積に応じて絞り込まれる。したがって、石垣における複数の石材の明るさが略同じであったり、石材の表面が滑らかであったり、石材の輪郭が似通っている場合にも石材の復旧位置を精度よく特定することが出来る。

なお、「石垣露出面」とは、石材の面のうち、石材を積み上げて石垣を築造した状態において露出する面を意味する。また、以下において、崩落前の石垣における複数の石材毎の石垣露出面の面積を、「崩落前露出面積」とも称し、崩落石材における石垣露出面と想定される面の面積を「崩落後露出面積」とも称する。

本実施形態に係る石材復旧位置特定装置１００は、石材復旧位置特定方法に用いられる。以下、石材復旧位置特定装置１００の構成を具体的に説明する。

石材復旧位置特定装置１００は、マイクロコンピュータ１０を備えている。マイクロコンピュータ１０は、制御プログラム等を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵにより実行される制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵの演算結果等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、を備えており、演算処理を行う。マイクロコンピュータ１０は、１つであってもよいし複数であってもよい。

図１は、石材復旧位置特定装置１００のブロック図である。図１に示すように、マイクロコンピュータ１０は、崩落前の石垣の画像を用いて、崩落前露出面積を画像処理によって算出する崩落前露出面積算出部１１と、崩落石材の画像を用いて、崩落後露出面積を画像処理によって算出する崩落後露出面積算出部１２と、崩落前露出面積と崩落後露出面積とを照合することによって崩落石材の復旧位置を特定する特定部１３と、を備えている。崩落前露出面積算出部１１、崩落後露出面積算出部１２及び特定部１３は、マイクロコンピュータ１０の機能を仮想的なユニットとしたものである。

図２は、石材復旧位置特定方法のフローチャート図である。ステップＳ１０１～Ｓ１０４は、崩落前露出面積算出部１１により行われる崩落前露出面積算出処理であり、ステップＳ２０１～Ｓ２０４は、崩落後露出面積算出部１２により行われる崩落後露出面積算出処理である。ステップＳ３０１～Ｓ３０２は、特定部１３により行われる石材復旧位置特定処理である。

まず、崩落前露出面積算出処理（ステップＳ１０１～Ｓ１０４）について詳述する。

崩落前露出面積算出処理では、崩落前の石垣の画像が用いられる。図１に示すように、崩落前の石垣の画像は、崩落前に撮影された写真である。写真は、スキャナ２０を用いることによりマイクロコンピュータ１０に画像データとして取り込まれる。用いられる写真は、例えば観光客により撮影された写真であってもよいし、石垣を修復する予定があり修復施工者が予め石垣を撮影している場合には修復施工者により撮影された写真であってもよい。崩落前の石垣がデジタル機器を用いて撮影されており画像データが残っている場合には、スキャナ２０を用いることなく画像データをマイクロコンピュータ１０に取り込んでもよい。

図２に示すように、ステップＳ１０１では、取り込まれた画像に画像処理を施し、石材毎の石垣露出面の輪郭を検出する。輪郭を検出する際には、例えば画素の明度を用いる。検出された輪郭は、モニタ３０（図１参照）に表示可能である。

ステップＳ１０２では、検出された輪郭に基づいて、石材毎にＩＤ（以下、「崩落前ＩＤ」とも称する）を付与する。石材毎に付与された崩落前ＩＤは、検出された輪郭と共にモニタ３０に表示可能である。図３は、モニタ３０に表示される画像の一例であり、検出された輪郭と付与された崩落前ＩＤの一部を表示した状態を示している。

ステップＳ１０３では、検出された輪郭に基づいて、崩落前露出面積を算出する。具体的には、崩落前の石垣の画像上での石垣露出面の面積を算出し、算出された画像上での面積と画像の縮小率とを用いることにより崩落前露出面積を算出する。画像の縮小率は、写真に写り込んだ基準物（図示省略）を用いることにより予め算出されマイクロコンピュータ１０に入力される。

基準物は、例えば、石垣の近傍に設置された、寸法を把握可能な表示板である。寸法を把握可能な基準物が写真中に写り込んでいれば、この基準物から画像の縮小率を算出することが出来る。また、石垣の一部が崩落せずに残存している場合には、残存した石垣における石材を基準物としてもよい。具体的には、図３に示される石垣のうち一点鎖線で囲まれた領域Ｃが崩落せずに残存している場合には、領域Ｃにおける石材を基準物としてもよい。

ステップＳ１０４では、算出された崩落前露出面積を崩落前ＩＤと共に不図示の記憶部に記憶し、崩落前露出面積を含むデータベースを作成する。以上により、崩落前露出面積算出処理を終了する。

次に、崩落後露出面積算出処理（ステップＳ２０１～Ｓ２０４）について詳述する。

崩落後露出面積算出処理では、崩落石材の画像が用いられる。崩落石材の画像は、カメラ４０（図１参照）を用いて崩落石材を撮影することによって得られる。崩落石材毎に静止画を撮影し当該静止画を崩落石材の画像として用いてもよいし、複数の崩落石材を順に写すように動画を撮影し当該動画から切り取った静止画を崩落石材の画像として用いてもよい。図４は、崩落石材の画像の一例である。

崩落石材を撮影する際には、崩落前ＩＤとは異なるＩＤ（以下、「崩落後ＩＤ」とも称する）を崩落石材毎に付与し、崩落後ＩＤが認識出来るように崩落石材を撮影する。例えば、崩落後ＩＤを記載したテープ５１を崩落後石材に貼付し、テープ５１と共に崩落石材を撮影する。崩落後ＩＤは、崩落石材の画像と共にマイクロコンピュータ１０に取り込まれる。

また、崩落石材を撮影する際には、崩落石材における石垣露出面と想定される面を撮影する。石垣露出面であるか否かは、作業者が例えば苔の生え方、日焼け状況又は風化状況に基づいて判断する。つまり、石垣露出面は、石垣露出面でない面と比較して、日光や風雨に長期間曝されているため、苔が多く生えていたり、日焼けしていたり、風化したりしている。したがって、苔の生え方、日焼け状況又は風化状況を見ることにより石垣露出面であるか否かを判断することが出来る。

石垣露出面と想定される面を正面ではなく斜めから撮影した場合には、石垣露出面と想定される面の面積を画像上で正確に算出することが出来ない。そこで、撮影により得られた画像を、石垣露出面と想定される面を正面から撮影したように画像処理によって正対補正出来るように、格子状のスケール５２を石垣露出面と想定される面に当てた状態で撮影する。

崩落後ＩＤを記載したテープ５１を崩落後石材に貼付しかつ格子状のスケール５２を崩落石材に当てた状態で崩落石材を撮影する場合には、テープ５１を貼付した崩落石材を並べ、その後、崩落石材にスケール５２を順に当てると共にカメラ４０を移動させることにより、動画を撮影することが好ましい。この場合には、落石材の静止画を個々に撮影する場合と比較して、スムーズかつスピーディに崩落石材を撮影することが出来る。

以上のように撮影された崩落石材の画像を用いて、崩落後露出面積算出処理では、崩落後露出面積を含むデータベースを作成する。

図２に示すように、ステップＳ２０１では、崩落後ＩＤを付与して撮影した崩落石材の画像に画像処理を施し、正対補正する。具体的には、図４に示すように撮影された画像を、上下左右に伸ばしたり縮めたりすることによって、図５に示すようにスケール５２の周縁５２ａが画像の縁ＰＥと一致するように補正する。これにより、カメラ４０（図１参照）を用いて撮影された画像が、石垣露出面と想定される面を正面から撮影したように補正される。

ステップＳ２０２では、補正された画像を用いて、崩落石材における石垣露出面と想定される面の輪郭を検出する。輪郭を検出する際には、例えば画素の明度を用いる。

ステップＳ２０３では、検出された輪郭に基づいて、崩落後露出面積を算出する。具体的には、石垣露出面と想定される面の画像上での面積を算出し、算出された画像上での面積と画像の縮小率とを用いることにより崩落後露出面積を算出する。画像の縮小率は、スケール５２を用いることにより予め算出されマイクロコンピュータ１０に入力される。

ステップＳ２０１にて、崩落石材の画像は正対補正されているので、石垣露出面と想定される面の画像上での面積を正確に算出することが出来る。したがって、崩落後露出面積を正確に算出することが出来る。

ステップＳ２０４では、算出された崩落後露出面積を崩落後ＩＤと共に不図示の記憶部に記憶し、崩落後露出面積を含むデータベースを作成する。以上により、崩落後露出面積算出処理を終了する。

次に、石材復旧位置特定処理（ステップＳ３０１～Ｓ３０２）について詳述する。

ステップＳ３０１では、算出された崩落前露出面積と、算出された崩落後露出面積と、を照合し、対応する崩落前ＩＤと崩落後ＩＤとを結び付ける。具体的には、崩落前露出面積を含むデータベースと、崩落後露出面積を含むデータベースと、を比較することにより、崩落前露出面積と崩落後露出面積とが略一致する崩落前ＩＤと崩落後ＩＤとを結び付ける。

面積が略一致するか否かは、崩落前露出面積に対する崩落後露出面積の比が予め定められた基準範囲内にあるか否かにより判断する。

基準範囲は、ステップＳ１０１及びステップＳ２０２における輪郭の検出誤差を考慮して設定されることが好ましい。例えば、基準範囲を９５％以上１０５％以下の範囲に設定することが出来る。

また、石垣の崩落時に石材が欠けることがあり、この場合には、石垣露出面は、崩落前に比べて小さくなる。そこで、基準範囲の中心値が「１００％」よりも小さくなるように設定してもよい。例えば、基準範囲を９２％以上１０３％以下の範囲に設定してもよい。

ステップＳ３０２では、結び付けられた崩落前ＩＤと崩落後ＩＤに基づいて、崩落石材の復旧位置を特定する。図３に示すように、崩落前の石垣における石材毎に崩落前ＩＤが付与されているので、崩落後ＩＤに結び付けられた崩落前ＩＤの石材の位置を崩落前の石垣の画像上で確認することにより、崩落石材の復旧位置を特定することが出来る。これに代えて、崩落前ＩＤに結び付けられた崩落後ＩＤを崩落前の石垣の画像に表示して崩落石材の復旧位置を特定してもよい。

以上により、石材復旧位置特定処理を終了する。

石垣露出面の面積は、石垣露出面の上下が逆になった場合でも同じである。そのため、崩落石材の上下を特定することなく面積どうしの照合が可能である。したがって、崩落石材の復旧位置を容易に特定することが出来る。

詳細な説明は省略するが、崩落前面積と崩落後面積とを照合した結果、１つの崩落後ＩＤに複数の崩落前ＩＤが結び付けられた場合、すなわち１つの崩落前ＩＤに絞り込めなかった場合には、崩落石材と絞り込まれた崩落前ＩＤの石材どうしで、輪郭、窪み、割れ、傷、苔跡等を比較することにより、崩落石材の復旧位置を特定することが出来る。

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

石材復旧位置特定方法及び石材復旧位置特定装置１００では、崩落前の石垣の画像を用いて算出された面積と、崩落石材の画像を用いて算出された面積と、を照合する。そのため、崩落石材の復旧位置は、崩落前の石垣の画像における複数の石材の中から石垣露出面の面積に応じて絞り込まれる。したがって、石垣における複数の石材の明るさが略同じであったり、石材の表面が滑らかであったり、石材の輪郭が似通っている場合にも石材の復旧位置を精度よく特定することが出来る。

また、石材復旧位置特定方法及び石材復旧位置特定装置１００では、崩落石材に格子状のスケール５２を当てた状態で撮影された崩落石材の画像を取得し、取得された画像をスケール５２に基づいて正対補正し、補正後の崩落石材の画像を用いて面積を算出する。そのため、石垣露出面と想定される面の面積を正確に算出することが出来る。したがって、石材の復旧位置をより精度よく特定することが出来る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、崩落石材における石垣露出面と想定される面を撮影して得られる画像を用いているが、崩落石材の全ての面を撮影し、別々の方向から撮影された画像を用いて石垣露出面と想定される面の輪郭を検出してもよい。

石垣の崩落により欠けた部分が明らかな場合には、欠けた部分に基づいて石垣露出面と想定される面の輪郭の一部を推定してもよい。

図５に示すように、崩落石材の画像には、石垣露出面ＥＳ（太線で囲まれた面）だけでなく、石垣露出面ＥＳではない非露出面ＮＥＳが写り込む場合がある。この場合には、石垣露出面ＥＳと非露出面ＮＥＳとの明るさの差異を用いて石垣露出面ＥＳの輪郭を検出してもよい。

１００・・・石材復旧位置特定装置
１１・・・崩落前露出面積算出部
１２・・・崩落後露出面積算出部
１３・・・特定部
５２・・・スケール

Claims (3)

1. 石垣における崩落石材の復旧位置を特定する石材復旧位置特定方法であって、
   崩落前の前記石垣の画像を用いて、複数の石材毎の石垣露出面の面積を画像処理によって算出し、
   前記崩落石材の画像を用いて、前記崩落石材における石垣露出面と想定される面の面積を画像処理によって算出し、
   崩落前の前記石垣の画像を用いて算出された面積と、前記崩落石材の画像を用いて算出された面積と、を照合することによって前記崩落石材の復旧位置を特定する、
   石材復旧位置特定方法。
2. 前記崩落石材の画像を用いて面積を算出する際に、
   前記崩落石材に格子状のスケールを当てた状態で撮影された前記崩落石材の画像を取得し、
   取得された画像を前記スケールに基づいて正対補正し、
   補正後の前記崩落石材の画像を用いて面積を算出する
   請求項１に記載の石材復旧位置特定方法。
3. 石垣における崩落石材の復旧位置を特定する石材復旧位置特定装置であって、
   崩落前の前記石垣の画像を用いて、複数の石材毎の石垣露出面の面積を画像処理によって算出する崩落前露出面積算出部と、
   前記崩落石材の画像を用いて、前記崩落石材における石垣露出面と想定される面の面積を画像処理によって算出する崩落後露出面積算出部と、
   崩落前露出面積算出部により算出された面積と、前記崩落後露出面積算出部により算出された面積と、を照合することによって前記崩落石材の復旧位置を特定する特定部と、を備える
   石材復旧位置特定装置。

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