赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法
【課題】簡単な方法で変状部を十分な確度、信頼性を持って一義的に特定することが可能な赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法を提供すること。
【解決手段】画素の温度勾配として、画素を挟む水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を、２つの画素の間隔に対応する被調査面の長さで除した値を採用し、熱画像を構成する各画素の温度勾配を算出する温度勾配算出工程と、温度勾配算出工程により算出された各画素の温度勾配が所定の閾値より大きいか否かを比較判定する比較判定工程と、を有し、比較判定工程で閾値より大きい値を持つ画素に対応する被調査面の箇所を変状部とした。
【解決手段】画素の温度勾配として、画素を挟む水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を、２つの画素の間隔に対応する被調査面の長さで除した値を採用し、熱画像を構成する各画素の温度勾配を算出する温度勾配算出工程と、温度勾配算出工程により算出された各画素の温度勾配が所定の閾値より大きいか否かを比較判定する比較判定工程と、を有し、比較判定工程で閾値より大きい値を持つ画素に対応する被調査面の箇所を変状部とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート表層部（ここで、コンクリート表層部とは、コンクリート構造物の表層部及びコンクリート建物の外壁を意味する）における浮きや剥離等の変状部を、赤外線法を用いて検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物や建物は、コンクリートが表面に露出されるものと、鉄筋コンクリートにより躯体を構築した後に、躯体の表面にタイルやモルタル等の外壁仕上げ材が施工されるものがある。コンクリート表層部は、建設後の経年劣化により躯体内の鉄筋の発錆による表面の浮き、剥離等が発生すること、又は建物外壁仕上げ材が経年劣化により浮き、剥離等が発生することがある。このような変状部が発生すると、変状部は剥落し易い状態となり、この変状部が剥落した場合には人命に関わる重大事故が発生する恐れがある。それ故、コンクリート構造物や建物等を健全な状態で供用することが社会的関心事となっている。
【０００３】
コンクリート表層部の浮き、剥離等を検出する方法として、コンクリート表層部の表面をハンマー等で叩いて、発生する音により浮き、剥離等の有無を判別する打音法と、赤外線法とが用いられている。打音法は、変状部が著しく劣化している場合には打音による調査と同時に叩き落とすことが可能であり有効な方法であるが、コンクリート表層部に足場を組み立てて至近距離まで接近して作業する必要があり、長い時間がかかり低コストで簡易に行うことが不可能である。又、通常、足場は狭く、高い所に設けられるので、作業者が足場から落下する等の危険性を考慮しなければならない。
【０００４】
一方、赤外線法は、日照等によりコンクリート表層部が加熱された場合に、コンクリート表層部に浮き、剥離等がある場合に生じるコンクリート表層部の表面温度の差を利用するものである。すなわち、コンクリート表層部に浮き、剥離等があると、コンクリートの表面温度は健全な部分（健全部）と浮き、剥離等がある部分（変状部）とで必ず差が生じる。このような有意差が生じている場合に赤外線サーモグラフィ装置でコンクリート表層部の表面（被調査面）を撮影すると、その熱画像に温度差を示す特異な温度分布が現れることとなり、この特異な温度分布により変状部を特定するものである。
【０００５】
上述の赤外線法は、コンクリート表層部から離れた場所から撮影することができ、比較的客観性のあるデータが得られるため、この赤外線法を活用する試みが活発化している。なお、赤外線法には、加熱源として日照を主体とした気象現象を利用する方法（パッシブ法）と、人工的にコンクリート表層部を強制加熱して行う方法（アクティブ法）との２つの方法があるが、アクティブ法は大掛かりな加熱装置を必要とするため一般的にはパッシブ法が利用される。パッシブ法による赤外線法が多用されている中で、最近特に得られた熱画像の各画素が有する温度データについて、高品質な熱画像をえるために、異常画素（異常データ）の除去や雑音（ノイズ）の除去に注力されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、容易かつ正確に異常画素の影響を除去して高品質な赤外線画像を得るために、以下の方法が開示されている。まず、撮像によって得られた各画素の輝度値（温度データ）を補正係数によって補正し、対象画素の周囲８近傍の画素における補正後の輝度値から近傍平均値を算出する。そして、対象画素の輝度値から近傍平均値を減算し、減算結果の絶対値を所定の閾値と比較して、閾値以上であれば対象画素を異常画素と判断し、異常画素の輝度値をこの異常画素の近傍の画素の輝度値に置換する。閾値以下であれば、対象画素を正常画素とみなしている。
【０００７】
また、特許文献２には、デジタル画像の雑音除去方法として、処理対象画素とこれに隣接する８個の周辺画素とに関する絶対差分値を算出し、それら絶対差分値が予め定めた閾値より大きい全ての周辺画素を処理対象画素の値で置き換えて８個の周辺画素に関する平均値を算出し、この平均値をもって処理対象画素を置き変えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３００１９１号公報
【特許文献２】特開２０００−１０６６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１の方法及び上記特許文献２の方法を用いることで、異常画素を除去し雑音の少ない高品質な熱画像を得ることができると考えられる。しかしながら、高品質な熱画像が得られても、その熱画像から一義的に変状部を特定する方法は、これまで存在しなかった。したがって、一義的に特定する方法がなかったために、作業者により特定される変状部が異なっていることが多く、変状部の特定に時間が掛かるという問題があった。
【００１０】
すなわち、高品質な熱画像が得られたとしても、熱画像と可視画像から変状部を特定することは簡単ではなく、被調査面の色むら又は反射光等によって熱画像が持つ温度データは容易に変化し、周囲より温度が単に高く表示されている部分が変状部とは限らないからである。また、熱画像は作業者が任意に配色することが可能なため、同一の被調査面であっても、作業者の力量によって本来正常部である部分が変状部と判定されたりすることがあった。
【００１１】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な方法で変状部を十分な確度、信頼性を持って一義的に特定することが可能な赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する請求項１に記載の発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法は、
赤外線サーモグラフィ装置によってコンクリート表層部の被調査面を撮影し、該撮影した被調査面の熱画像に基づいて前記コンクリート表層部の変状部を特定する赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法において、前記撮影した被調査面の熱画像は、水平方向及び垂直方向に整列した複数の画素から構成され、かつ前記各画素は温度のデータを有しており、画素の温度勾配として、該画素を挟む水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を、前記２つの画素の間隔に対応する前記被調査面の長さで除した値を採用し、前記熱画像を構成する各画素の温度勾配を算出する温度勾配算出工程と、該温度勾配算出工程により算出された前記各画素の温度勾配が所定の閾値より大きいか否かを比較判定する比較判定工程と、を有し、前記比較判定工程で前記閾値より大きい値を持つ画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法によれば、赤外線サーモグラフィ装置により撮影した熱画像の各画素について、各画素に付随している温度データを用いて各画素の温度勾配を算出し、算出した温度勾配が予め決めてある閾値と比較して、閾値以上であればその画素に対応する被調査面の箇所を変状部とする。温度勾配は、画素を挟む水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を、２つの画素の間隔に対応する記被調査面の長さで除した値とした。したがって、温度勾配を基に変状部を特定するので、単に温度差を用いて特定する場合に比べ、以下の利点がある。まず、被調査面と赤外線サーモグラフィ装置との撮影距離に閾値が左右されない。すなわち、温度差に着目した場合は、撮影距離によって隣り合う画素の有する温度差及び画素の間隔に対応する被調査面の長さが異なり、撮影距離に応じて変状部を特定するための温度差の閾値を定めることが必要となる。一方、温度勾配に着目すれば、撮影距離に依存することなく閾値を定めることが可能であり、この閾値は他の熱画像にも適用することが可能である。つまり、撮影距離を変えると、画素の有する温度差が変化するが、対応する被調査面の長さ（距離）も変化する。しかし、温度差を対応する被調査面の長さで除した温度勾配は一定となるからである。
【００１４】
また、温度差を用いて特定する場合に比べ、変状部をより確実に特定し易い。すなわち、変状部は内部に空気層が介在するため、正常部の温度に比べて急激に温度が変化し、温度勾配が大きくなる。一方、色むらや苔等の植物が被調査面に付着している場合、温度は急激には変化しないため、温度勾配はなだらかとなる。従って、温度勾配に着目することで、変状部と色むら等の存在する箇所とが混在する中から、変状部をより確実に特定することが可能となる。
【００１５】
更に、温度勾配を求める際に用いた画素に変状部の温度データがある場合、必ずそのデータが生かされることとなり変状部を看過することが防止される。したがって、簡単な手続きで変状部を十分な確度、信頼性を持って一義的に特定することが可能である。
【００１６】
請求項２に記載の発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法は、請求項１に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法において、
前記比較判定工程により前記温度勾配が前記閾値よりも大きいと判定された場合に１、小さいと判定された場合に０として２値化処理画像を作成する２値化処理工程を有し、前記２値化処理工程で作成される前記２値化処理画像で１と処理された画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法によれば、２値化処理工程で、画素の温度勾配が閾値以下であれば０、閾値以上であれば１と判定され、２値化処理した画像が作成される。そして、この２値化処理画像で、１と判定された画素に対応する被調査面の箇所が変状部と特定する。したがって、２値化処理画像と被調査面とを比較することで、素早く変状部を特定することが可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法は、請求項２に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法において、
前記温度勾配算出工程、前記比較判定工程及び前記２値化処理工程を、前記熱画像の水平方向及び垂直方向の２方向の全画素について実行して水平方向及び垂直方向のそれぞれの２値化処理画像を得た後に、前記水平方向の２値化処理画像と前記垂直方向の２値化処理画像とを重ね合わせ、該重ね合わせた２値化処理画像で１となる画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法によれば、１枚の熱画素に対して、水平方向及び垂直方向の２方向で温度算出工程、比較判定工程及び２値化処理工程を実行し、得られた水平方向の２値化処理画像と垂直方向の２値化処理画像を重ね合わせて１枚の２値化処理画像とし、この２値化処理画像を基に変状部を特定するため、１箇所の変状部をＸ方向及びＹ方向の２方向から検出することとなり、実際に存在する変状部を看過することを確実に防止することが可能である。
【００２０】
請求項４に記載の発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法は、請求項２又は３に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法において、
前記２値化処理工程で得られた前記２値化処理画像と、前記被調査面の可視画像と、を比較して、前記可視画像からノイズになると推定される箇所に対応する前記２値化処理画像のデータを補正することを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の赤外線法によるコンクリート構造物の変状部の検出方法によれば、得られた２値化処理画像と被調査面を比べ、被調査面からノイズになると推定される箇所に対応する２値化処理画像のデータは補正、例えば０とするので、変状部の特定に無駄な労力と時間を費やすことなく、より確実に変状部を特定することが可能となる。すなわち、色むらや苔等の植物が存在する箇所で温度勾配が大きくなっている場合（通常は、このような箇所の温度勾配は小さい）、２値化処理画像と被調査面を対比することによって、その色むらや苔等の植物が存在する箇所を判別することが可能である。
【００２２】
請求項５に記載の発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部特定方法は、請求項１〜４の何れか１項に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法において、
前記温度勾配算出工程における前記各画素の温度勾配の算出は、隣接する水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を用いて算出することを特徴とする。
【００２３】
請求項５に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法によれば、各画素の温度勾配の算出は、隣接する２つの画素の温度データを用いて算出するために、より精度の高い変状部の検出が可能となる。すなわち、温度勾配を求めようとする画素と、温度勾配の算出に用いる画素とが隣り合わせになっているためである。これが、例えば、１つ又は２つ間隔を置いた画素で算出すると、その間の画素の持っている温度データは反映されないため、より平均化された値となり精度が低くなる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法によれば、熱画像を構成する各画素の温度勾配を算出して、閾値と比較した後に、閾値よりも大きな画素に対応する被調査面の箇所を変状部とするため、簡単な手続きで変状部を十分な確度、信頼性を持って一義的に特定することが可能である。したがって、コンクリート表層部の評価や修復作業等を効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のコンクリート表層部の変状部検出方法のフローである。
【図２】本発明の実施の形態に係り、画素の位置を特定するための一例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係り、コンクリート構造物の被調査面の可視画像である。
【図４】図３のコンクリート表層部をサーモグラフィ装置で撮影した被調査面の熱画像を示す。
【図５】図４の熱画像に係り、水平方向及び垂直方向の２値化処理画像を重ね合わせたものであり、同図（ａ）は閾値Ｔｓ＝０．１８（℃／ｃｍ）の場合、同図（ｂ）はＴｓ＝０．１５（℃／ｃｍ）の場合、同図（ｃ）はＴｓ＝０．１２（℃／ｃｍ）とした場合について示す。
【図６】図４の熱画像に係り、被調査面の可視画像と比較して補正し、変状部を特定した熱画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳述する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２７】
図１は、赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法のフローである。まず、調査すべきコンクリート表層部（被調査面）を決定し（ステップＳ１）、その調査すべきコンクリート表層部の可視画像を撮影する（ステップＳ２）。次いで、赤外線サーモグラフィ装置により上記の被調査面を撮影して熱画像を得る（ステップＳ３）。ここで、コンクリート表層部は、コンクリートの躯体にモルタルやタイル等の外壁仕上げ材を施工したものであり、経年劣化によりモルタルやタイル等の浮き、剥離等の変状部、若しくは、コンクリート躯体の内部において、鉄筋の錆び等による浮き、剥離等の変状部が存在しているものである。なお、熱画像は、基本的に１枚で良い。
【００２８】
次に、撮影した熱画像に関して、水平方向（Ｘ方向）の温度勾配を以下の手順で算出する（ステップＳ４）。温度勾配αｘは、αｘ（℃／ｃｍ）＝|ΔＴ|／Ｌで与えられる。ただし、Ｌは温度勾配を算出するために用いた２つの画素間に対応する被調査面の距離（ｃｍ）であり、ΔＴは画素間の温度差（℃）である。
【００２９】
ここで、熱画像の大きさがＡ×Ｂピクセルであり、対応する被調査面の可視画像の実寸法がＸ×Ｙｃｍとする。そして、熱画像の各画素の位置を図２に示すように行列で表すと、例えば、ｊ行目ｉ列目の画素は画素（ｉ、ｊ）で表されることとなり、画素（ｉ、ｊ）での上記の水平方向の温度勾配αｘは、
αｘ＝|Ｔ（ｉ＋１、ｊ）―Ｔ（ｉ−１、ｊ）|／（２×Ｌｘ）・・・（１）
で与えられる。ただし、Ｔ（ｉ＋１、ｊ）は画素（ｉ＋１、ｊ）での温度、Ｔ（ｉ−１、ｊ）は画素（ｉ−１、ｊ）での温度、Ｌｘは１画素の長さに対応する被調査面の実際の長さであり、Ｌｘ＝Ｘ／Ａ（ｃｍ／ピクセル）で与えられる。例えば、被調査面の横幅が１０ｍであり対応する画素数を１万ピクセルとすると、Ｌｘは０．１（ｃｍ／ピクセル）となる。
【００３０】
上記（１）式の温度勾配αｘの算出を全ての画素について行う。すなわち、ｊ行目の画素に関して温度勾配を算出したら、次はｊ＋１行目の画素の温度勾配の算出を行う。そのようにして全ての画素について温度勾配の算出を行ったか判定し（ステップＳ５）、全て算出を行っていれば次の閾値との比較判定（ステップＳ６）へ進み、未だ算出を終えていなければ水平方向の温度勾配の算出（ステップＳ４）を繰り返す。
【００３１】
閾値との比較、判定（ステップＳ６）では、上記（１）式で求めた画素（ｉ、ｊ）での水平方向の温度勾配αｘを、予め決めておいた所定の閾値Ｔｓｘと比較し、この閾値Ｔｓｘより大きいか否かを判定する。そして、閾値Ｔｓｘより大きい場合は１、閾値Ｔｓｘより小さい場合は０として２値化処理を行い、全ての画素について２値化処理を行った後に２値化処理画像を作成する（ステップＳ７）。なお、２値化処理した画素を表示すると、１の画素は黒く、０の画素は白く表示される。このようにして、水平方向に関して２値化処理した画像が得られることとなる。
【００３２】
ここで、閾値を用いて、ある一定以上の温度勾配のある部分のみを黒で表示することによって、色むら等によって生じる微小な温度勾配のある部分は、閾値との比較判定では０とされ変状部とは特定されない。また、上記のように決められた手順で２値化処理画像が作成されるので、作業者が任意に配色しても、客観的なデータが得られることとなる。
【００３３】
次に、上記と同様に、垂直方向（Ｙ方向）の温度勾配の算出を行う（ステップＳ８）。温度勾配αｙは、温度勾配αｘと同様に、αｙ（℃／ｃｍ）＝|ΔＴ|／Ｌで与えられる。ただし、Ｌは温度勾配を算出するために用いた２つの画素間に対応する被調査面の距離（ｃｍ）であり、ΔＴは画素間の温度差（℃）である。
【００３４】
ここで、上記と同様に、熱画像の大きさがＡ×Ｂピクセル、対応する被調査面の可視画像の実寸法がＸ×Ｙｃｍとすると、画素（ｉ、ｊ）での上記の垂直方向の温度勾配αｙは、
αｙ＝|Ｔ（ｉ、ｊ＋１）―Ｔ（ｉ、ｊ−１）|／（２×Ｌｙ）・・・（２）
で与えられる。ただし、Ｔ（ｉ、ｊ＋１）は画素（ｉ、ｊ＋１）での温度、Ｔ（ｉ、ｊ−１）は画素（ｉ、ｊ−１）での温度、Ｌｙは１画素の長さに対応する被調査面の実際の長さであり、Ｌｙ＝Ｙ／Ｂ（ｃｍ／ピクセル）で与えられる。例えば、被調査面の縦幅が１０ｍであり対応する画素数を１万ピクセルとすると、Ｌｙは０．１（ｃｍ／ピクセル）となる。
【００３５】
上記（２）式の温度勾配αｙの算定を全ての画素について行う。すなわち、ｉ列目の画素に関して温度勾配を算出したら、次はｉ＋１列目の画素の温度勾配の算出を行う。そのようにして全ての画素について温度勾配の算出を行ったか判定し（ステップＳ９）、全て算出を行っていれば次の閾値との比較判定（ステップＳ１０）へ進み、未だ算出を終えていなければ垂直方向の温度勾配の算出（ステップＳ８）を繰り返す。
【００３６】
閾値との比較、判定（ステップＳ１０）では、上記（２）式で求めた画素（ｉ、ｊ）での垂直方向の温度勾配αｙを、予め決めておいた所定の閾値Ｔｓｙと比較し、この閾値Ｔｓｙより大きいか否かを判定する。そして、閾値Ｔｓｙより大きい場合は１、閾値Ｔｓｙより小さい場合は０として２値化処理を行い、全ての画素について２値化処理を行った後に２値化処理画像を作成する（ステップＳ１１）。このようにして、水平方向に関して２値化処理した画像が得られることとなる。
【００３７】
次に、水平方向の２値化処理画像と、垂直方向の２値化処理画像とを重ね合わせ、合成した２値化処理画像を作成する（ステップＳ１２）。水平方向の２値化処理熱画像と垂直方向の２値化処理熱画像を重ね合わせるのは、どちらか一方の熱画像のみでも、変状部の検出は可能であるが、より確実に変状部を検出するためである。例えば、垂直方向の２値化処理画像では変状部と特定されなかった場合でも、水平方向の２値化処理画像で変状部と特定される場合があり、水平方向の２値化処理画像と垂直方向の２値化処置画像を重ねることで、より確実に変状部を特定することが可能となる。
【００３８】
次に、重ね合わせて得られた２値化処理画像と、ステップＳ２で撮影した被調査面の可視画像とを対比する（ステップＳ１３）。コンクリート表層部に、色違いの部分がある場合、これをサーモグラフィ装置で撮影して熱画像を得ると、色違い部分が見掛け上、温度が高い又は低いように表示され、誤って変状部と特定されることもある。また、被調査面内に作業者が写っている場合は、作業者に対応する部分の熱画像の温度は高く表示される。すなわち、２値化処理画像と可視画像とを対比することで、予めノイズになると解っている部分を取り除くために、２値化処理画像と可視画像の対比を行う。この予めノイズになると解っている部分を初期雑音（ノイズ）と定義する。
【００３９】
ステップＳ１３の２値化処理画像と可視画像との対比により、２値化処理画像から初期雑音を取り除き、コンクリート表層部の変状部を最終的に特定することができる。上述したように、本発明は、温度勾配を基に変状部を特定するので、単に温度差を用いて特定する場合に比べ、以下の利点がある。まず、被調査面と赤外線サーモグラフィ装置との撮影距離に閾値が左右されない。すなわち、温度差に着目した場合は、撮影距離によって隣り合う画素の有する温度差及び画素の間隔に対応する被調査面の長さが異なり、撮影距離に応じて変状部を特定するための温度差の閾値を定めることが必要となる。一方、温度勾配に着目すれば、撮影距離に依存することなく閾値を定めることが可能であり、この閾値は他の熱画像にも適用することが可能である。つまり、撮影距離を変えると、画素の有する温度差が変化するが、対応する被調査面の長さ（距離）も変化する。しかし、温度差を対応する被調査面の長さで除した温度勾配は一定となるからである。
【００４０】
また、温度差を用いて特定する場合に比べ、変状部をより確実に特定し易い。すなわち、変状部は内部に空気層が介在するため、正常部の温度に比べて急激に温度が変化し、温度勾配が大きくなる。一方、色むらや苔等の植物が被調査面に付着している場合、温度は急激には変化しないため、温度勾配はなだらかとなる。従って、温度勾配に着目することで、変状部と色むら等の存在する箇所とが混在する中から、変状部をより確実に特定することが可能となる。
【００４１】
［実施例］
実際に、変状部が存在するコンクリートの表層部を、本発明の赤外線によるコンクリート表層部の変状部検出方法により検出した一例について詳述する。
【００４２】
図３は、調査すべきコンクリート表層部の可視画像である。電車の線路が敷かれている土手壁がコンクリートで覆われており、その表層部が写し出されている。手前には道路のガードレールが写っており、土手壁を検査する作業員の姿もある。
【００４３】
図４は、図３で撮影したコンクリート表層部をサーモグラフィ装置で撮影した熱画像である。熱画像全体に色むらがあり、このままでは変状部を特定することは困難である。図５は、図４の熱画像について、水平方向及び垂直方向の温度勾配を算定し、それらの２値化処理画像を重ね合わせたものである。ただし、水平方向及び垂直方向の１画素に対応する被調査面の長さＬｘ、Ｌｙは、Ｌｘ＝Ｌｙ＝２．１７ｃｍ／ピクセルであり、２値化処理を行う場合の閾値Ｔｓｘ、Ｔｓｙは、Ｔｓｘ＝Ｔｓｙ＝Ｔｓとして、図５（ａ）ではＴｓ＝０．１８（℃／ｃｍ）、同図（ｂ）ではＴｓ＝０．１５（℃／ｃｍ）、同図（ｃ）ではＴｓ＝０．１２（℃／ｃｍ）となっている。
【００４４】
閾値Ｔｓが小さいほど、２値化処理画像において、黒い点の部分（２値化処理で１の部分）が多くなっており、これは僅かな温度変化があった部分も２値化処理で１となっており、いわゆる雑音が含まれていると考えられる。一方、閾値Ｔｓを大きくすると、黒い点の部分（２値化処理で１の部分）が多くなっており、大きな温度変化のあった部分のみ２値化処理で１としており、小さな変状部を看過してしまっている懸念がある。
【００４５】
図６は、最終的に図５（ｂ）の２値化処理画像と可視画像から、予め解っている初期雑音を取り除き、特定された変状部を示す。閾値として０．１８（℃／ｃｍ）を採用したのは実験的考察から最適値と判断したためである。本発明の方法によって特定された変状部を、実際に打音法により検査したところ、まさしく変状部であることが確認された。なお、本実施例のように、変状部が平面で広がっている場合は、変状部と正常部との境界が２値化処理画像で１として表わされ、この２値化処理画像で黒い部分で囲まれた領域内は変状部である。
【００４６】
本発明の実施の形態によれば、画素の持つ温度データを用い、その画素の温度勾配に基礎を置くために、簡単な手続きで変状部を十分な確度、信頼性を持って一義的に特定することが可能である。したがって、コンクリート表層部の修復作業等を効率的に行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法は、建築物の外装タイルの浮き、剥離の特定の他に、高架橋等のコンクリート構造物の浮き、剥離や堤体コンクリートの漏水等の特定に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｔｓ、Ｔｓｘ、Ｔｓｙ 閾値
αｘ、αｙ 温度勾配
Ｌｘ 水平方向の１画素に対応する被調査面の長さ
Ｌｙ 垂直方向の１画素に対応する被調査面の長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート表層部（ここで、コンクリート表層部とは、コンクリート構造物の表層部及びコンクリート建物の外壁を意味する）における浮きや剥離等の変状部を、赤外線法を用いて検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物や建物は、コンクリートが表面に露出されるものと、鉄筋コンクリートにより躯体を構築した後に、躯体の表面にタイルやモルタル等の外壁仕上げ材が施工されるものがある。コンクリート表層部は、建設後の経年劣化により躯体内の鉄筋の発錆による表面の浮き、剥離等が発生すること、又は建物外壁仕上げ材が経年劣化により浮き、剥離等が発生することがある。このような変状部が発生すると、変状部は剥落し易い状態となり、この変状部が剥落した場合には人命に関わる重大事故が発生する恐れがある。それ故、コンクリート構造物や建物等を健全な状態で供用することが社会的関心事となっている。
【０００３】
コンクリート表層部の浮き、剥離等を検出する方法として、コンクリート表層部の表面をハンマー等で叩いて、発生する音により浮き、剥離等の有無を判別する打音法と、赤外線法とが用いられている。打音法は、変状部が著しく劣化している場合には打音による調査と同時に叩き落とすことが可能であり有効な方法であるが、コンクリート表層部に足場を組み立てて至近距離まで接近して作業する必要があり、長い時間がかかり低コストで簡易に行うことが不可能である。又、通常、足場は狭く、高い所に設けられるので、作業者が足場から落下する等の危険性を考慮しなければならない。
【０００４】
一方、赤外線法は、日照等によりコンクリート表層部が加熱された場合に、コンクリート表層部に浮き、剥離等がある場合に生じるコンクリート表層部の表面温度の差を利用するものである。すなわち、コンクリート表層部に浮き、剥離等があると、コンクリートの表面温度は健全な部分（健全部）と浮き、剥離等がある部分（変状部）とで必ず差が生じる。このような有意差が生じている場合に赤外線サーモグラフィ装置でコンクリート表層部の表面（被調査面）を撮影すると、その熱画像に温度差を示す特異な温度分布が現れることとなり、この特異な温度分布により変状部を特定するものである。
【０００５】
上述の赤外線法は、コンクリート表層部から離れた場所から撮影することができ、比較的客観性のあるデータが得られるため、この赤外線法を活用する試みが活発化している。なお、赤外線法には、加熱源として日照を主体とした気象現象を利用する方法（パッシブ法）と、人工的にコンクリート表層部を強制加熱して行う方法（アクティブ法）との２つの方法があるが、アクティブ法は大掛かりな加熱装置を必要とするため一般的にはパッシブ法が利用される。パッシブ法による赤外線法が多用されている中で、最近特に得られた熱画像の各画素が有する温度データについて、高品質な熱画像をえるために、異常画素（異常データ）の除去や雑音（ノイズ）の除去に注力されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、容易かつ正確に異常画素の影響を除去して高品質な赤外線画像を得るために、以下の方法が開示されている。まず、撮像によって得られた各画素の輝度値（温度データ）を補正係数によって補正し、対象画素の周囲８近傍の画素における補正後の輝度値から近傍平均値を算出する。そして、対象画素の輝度値から近傍平均値を減算し、減算結果の絶対値を所定の閾値と比較して、閾値以上であれば対象画素を異常画素と判断し、異常画素の輝度値をこの異常画素の近傍の画素の輝度値に置換する。閾値以下であれば、対象画素を正常画素とみなしている。
【０００７】
また、特許文献２には、デジタル画像の雑音除去方法として、処理対象画素とこれに隣接する８個の周辺画素とに関する絶対差分値を算出し、それら絶対差分値が予め定めた閾値より大きい全ての周辺画素を処理対象画素の値で置き換えて８個の周辺画素に関する平均値を算出し、この平均値をもって処理対象画素を置き変えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３００１９１号公報
【特許文献２】特開２０００−１０６６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１の方法及び上記特許文献２の方法を用いることで、異常画素を除去し雑音の少ない高品質な熱画像を得ることができると考えられる。しかしながら、高品質な熱画像が得られても、その熱画像から一義的に変状部を特定する方法は、これまで存在しなかった。したがって、一義的に特定する方法がなかったために、作業者により特定される変状部が異なっていることが多く、変状部の特定に時間が掛かるという問題があった。
【００１０】
すなわち、高品質な熱画像が得られたとしても、熱画像と可視画像から変状部を特定することは簡単ではなく、被調査面の色むら又は反射光等によって熱画像が持つ温度データは容易に変化し、周囲より温度が単に高く表示されている部分が変状部とは限らないからである。また、熱画像は作業者が任意に配色することが可能なため、同一の被調査面であっても、作業者の力量によって本来正常部である部分が変状部と判定されたりすることがあった。
【００１１】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な方法で変状部を十分な確度、信頼性を持って一義的に特定することが可能な赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する請求項１に記載の発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法は、
赤外線サーモグラフィ装置によってコンクリート表層部の被調査面を撮影し、該撮影した被調査面の熱画像に基づいて前記コンクリート表層部の変状部を特定する赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法において、前記撮影した被調査面の熱画像は、水平方向及び垂直方向に整列した複数の画素から構成され、かつ前記各画素は温度のデータを有しており、画素の温度勾配として、該画素を挟む水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を、前記２つの画素の間隔に対応する前記被調査面の長さで除した値を採用し、前記熱画像を構成する各画素の温度勾配を算出する温度勾配算出工程と、該温度勾配算出工程により算出された前記各画素の温度勾配が所定の閾値より大きいか否かを比較判定する比較判定工程と、を有し、前記比較判定工程で前記閾値より大きい値を持つ画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法によれば、赤外線サーモグラフィ装置により撮影した熱画像の各画素について、各画素に付随している温度データを用いて各画素の温度勾配を算出し、算出した温度勾配が予め決めてある閾値と比較して、閾値以上であればその画素に対応する被調査面の箇所を変状部とする。温度勾配は、画素を挟む水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を、２つの画素の間隔に対応する記被調査面の長さで除した値とした。したがって、温度勾配を基に変状部を特定するので、単に温度差を用いて特定する場合に比べ、以下の利点がある。まず、被調査面と赤外線サーモグラフィ装置との撮影距離に閾値が左右されない。すなわち、温度差に着目した場合は、撮影距離によって隣り合う画素の有する温度差及び画素の間隔に対応する被調査面の長さが異なり、撮影距離に応じて変状部を特定するための温度差の閾値を定めることが必要となる。一方、温度勾配に着目すれば、撮影距離に依存することなく閾値を定めることが可能であり、この閾値は他の熱画像にも適用することが可能である。つまり、撮影距離を変えると、画素の有する温度差が変化するが、対応する被調査面の長さ（距離）も変化する。しかし、温度差を対応する被調査面の長さで除した温度勾配は一定となるからである。
【００１４】
また、温度差を用いて特定する場合に比べ、変状部をより確実に特定し易い。すなわち、変状部は内部に空気層が介在するため、正常部の温度に比べて急激に温度が変化し、温度勾配が大きくなる。一方、色むらや苔等の植物が被調査面に付着している場合、温度は急激には変化しないため、温度勾配はなだらかとなる。従って、温度勾配に着目することで、変状部と色むら等の存在する箇所とが混在する中から、変状部をより確実に特定することが可能となる。
【００１５】
更に、温度勾配を求める際に用いた画素に変状部の温度データがある場合、必ずそのデータが生かされることとなり変状部を看過することが防止される。したがって、簡単な手続きで変状部を十分な確度、信頼性を持って一義的に特定することが可能である。
【００１６】
請求項２に記載の発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法は、請求項１に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法において、
前記比較判定工程により前記温度勾配が前記閾値よりも大きいと判定された場合に１、小さいと判定された場合に０として２値化処理画像を作成する２値化処理工程を有し、前記２値化処理工程で作成される前記２値化処理画像で１と処理された画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法によれば、２値化処理工程で、画素の温度勾配が閾値以下であれば０、閾値以上であれば１と判定され、２値化処理した画像が作成される。そして、この２値化処理画像で、１と判定された画素に対応する被調査面の箇所が変状部と特定する。したがって、２値化処理画像と被調査面とを比較することで、素早く変状部を特定することが可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法は、請求項２に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法において、
前記温度勾配算出工程、前記比較判定工程及び前記２値化処理工程を、前記熱画像の水平方向及び垂直方向の２方向の全画素について実行して水平方向及び垂直方向のそれぞれの２値化処理画像を得た後に、前記水平方向の２値化処理画像と前記垂直方向の２値化処理画像とを重ね合わせ、該重ね合わせた２値化処理画像で１となる画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法によれば、１枚の熱画素に対して、水平方向及び垂直方向の２方向で温度算出工程、比較判定工程及び２値化処理工程を実行し、得られた水平方向の２値化処理画像と垂直方向の２値化処理画像を重ね合わせて１枚の２値化処理画像とし、この２値化処理画像を基に変状部を特定するため、１箇所の変状部をＸ方向及びＹ方向の２方向から検出することとなり、実際に存在する変状部を看過することを確実に防止することが可能である。
【００２０】
請求項４に記載の発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法は、請求項２又は３に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法において、
前記２値化処理工程で得られた前記２値化処理画像と、前記被調査面の可視画像と、を比較して、前記可視画像からノイズになると推定される箇所に対応する前記２値化処理画像のデータを補正することを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の赤外線法によるコンクリート構造物の変状部の検出方法によれば、得られた２値化処理画像と被調査面を比べ、被調査面からノイズになると推定される箇所に対応する２値化処理画像のデータは補正、例えば０とするので、変状部の特定に無駄な労力と時間を費やすことなく、より確実に変状部を特定することが可能となる。すなわち、色むらや苔等の植物が存在する箇所で温度勾配が大きくなっている場合（通常は、このような箇所の温度勾配は小さい）、２値化処理画像と被調査面を対比することによって、その色むらや苔等の植物が存在する箇所を判別することが可能である。
【００２２】
請求項５に記載の発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部特定方法は、請求項１〜４の何れか１項に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法において、
前記温度勾配算出工程における前記各画素の温度勾配の算出は、隣接する水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を用いて算出することを特徴とする。
【００２３】
請求項５に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法によれば、各画素の温度勾配の算出は、隣接する２つの画素の温度データを用いて算出するために、より精度の高い変状部の検出が可能となる。すなわち、温度勾配を求めようとする画素と、温度勾配の算出に用いる画素とが隣り合わせになっているためである。これが、例えば、１つ又は２つ間隔を置いた画素で算出すると、その間の画素の持っている温度データは反映されないため、より平均化された値となり精度が低くなる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法によれば、熱画像を構成する各画素の温度勾配を算出して、閾値と比較した後に、閾値よりも大きな画素に対応する被調査面の箇所を変状部とするため、簡単な手続きで変状部を十分な確度、信頼性を持って一義的に特定することが可能である。したがって、コンクリート表層部の評価や修復作業等を効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のコンクリート表層部の変状部検出方法のフローである。
【図２】本発明の実施の形態に係り、画素の位置を特定するための一例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係り、コンクリート構造物の被調査面の可視画像である。
【図４】図３のコンクリート表層部をサーモグラフィ装置で撮影した被調査面の熱画像を示す。
【図５】図４の熱画像に係り、水平方向及び垂直方向の２値化処理画像を重ね合わせたものであり、同図（ａ）は閾値Ｔｓ＝０．１８（℃／ｃｍ）の場合、同図（ｂ）はＴｓ＝０．１５（℃／ｃｍ）の場合、同図（ｃ）はＴｓ＝０．１２（℃／ｃｍ）とした場合について示す。
【図６】図４の熱画像に係り、被調査面の可視画像と比較して補正し、変状部を特定した熱画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳述する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２７】
図１は、赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法のフローである。まず、調査すべきコンクリート表層部（被調査面）を決定し（ステップＳ１）、その調査すべきコンクリート表層部の可視画像を撮影する（ステップＳ２）。次いで、赤外線サーモグラフィ装置により上記の被調査面を撮影して熱画像を得る（ステップＳ３）。ここで、コンクリート表層部は、コンクリートの躯体にモルタルやタイル等の外壁仕上げ材を施工したものであり、経年劣化によりモルタルやタイル等の浮き、剥離等の変状部、若しくは、コンクリート躯体の内部において、鉄筋の錆び等による浮き、剥離等の変状部が存在しているものである。なお、熱画像は、基本的に１枚で良い。
【００２８】
次に、撮影した熱画像に関して、水平方向（Ｘ方向）の温度勾配を以下の手順で算出する（ステップＳ４）。温度勾配αｘは、αｘ（℃／ｃｍ）＝|ΔＴ|／Ｌで与えられる。ただし、Ｌは温度勾配を算出するために用いた２つの画素間に対応する被調査面の距離（ｃｍ）であり、ΔＴは画素間の温度差（℃）である。
【００２９】
ここで、熱画像の大きさがＡ×Ｂピクセルであり、対応する被調査面の可視画像の実寸法がＸ×Ｙｃｍとする。そして、熱画像の各画素の位置を図２に示すように行列で表すと、例えば、ｊ行目ｉ列目の画素は画素（ｉ、ｊ）で表されることとなり、画素（ｉ、ｊ）での上記の水平方向の温度勾配αｘは、
αｘ＝|Ｔ（ｉ＋１、ｊ）―Ｔ（ｉ−１、ｊ）|／（２×Ｌｘ）・・・（１）
で与えられる。ただし、Ｔ（ｉ＋１、ｊ）は画素（ｉ＋１、ｊ）での温度、Ｔ（ｉ−１、ｊ）は画素（ｉ−１、ｊ）での温度、Ｌｘは１画素の長さに対応する被調査面の実際の長さであり、Ｌｘ＝Ｘ／Ａ（ｃｍ／ピクセル）で与えられる。例えば、被調査面の横幅が１０ｍであり対応する画素数を１万ピクセルとすると、Ｌｘは０．１（ｃｍ／ピクセル）となる。
【００３０】
上記（１）式の温度勾配αｘの算出を全ての画素について行う。すなわち、ｊ行目の画素に関して温度勾配を算出したら、次はｊ＋１行目の画素の温度勾配の算出を行う。そのようにして全ての画素について温度勾配の算出を行ったか判定し（ステップＳ５）、全て算出を行っていれば次の閾値との比較判定（ステップＳ６）へ進み、未だ算出を終えていなければ水平方向の温度勾配の算出（ステップＳ４）を繰り返す。
【００３１】
閾値との比較、判定（ステップＳ６）では、上記（１）式で求めた画素（ｉ、ｊ）での水平方向の温度勾配αｘを、予め決めておいた所定の閾値Ｔｓｘと比較し、この閾値Ｔｓｘより大きいか否かを判定する。そして、閾値Ｔｓｘより大きい場合は１、閾値Ｔｓｘより小さい場合は０として２値化処理を行い、全ての画素について２値化処理を行った後に２値化処理画像を作成する（ステップＳ７）。なお、２値化処理した画素を表示すると、１の画素は黒く、０の画素は白く表示される。このようにして、水平方向に関して２値化処理した画像が得られることとなる。
【００３２】
ここで、閾値を用いて、ある一定以上の温度勾配のある部分のみを黒で表示することによって、色むら等によって生じる微小な温度勾配のある部分は、閾値との比較判定では０とされ変状部とは特定されない。また、上記のように決められた手順で２値化処理画像が作成されるので、作業者が任意に配色しても、客観的なデータが得られることとなる。
【００３３】
次に、上記と同様に、垂直方向（Ｙ方向）の温度勾配の算出を行う（ステップＳ８）。温度勾配αｙは、温度勾配αｘと同様に、αｙ（℃／ｃｍ）＝|ΔＴ|／Ｌで与えられる。ただし、Ｌは温度勾配を算出するために用いた２つの画素間に対応する被調査面の距離（ｃｍ）であり、ΔＴは画素間の温度差（℃）である。
【００３４】
ここで、上記と同様に、熱画像の大きさがＡ×Ｂピクセル、対応する被調査面の可視画像の実寸法がＸ×Ｙｃｍとすると、画素（ｉ、ｊ）での上記の垂直方向の温度勾配αｙは、
αｙ＝|Ｔ（ｉ、ｊ＋１）―Ｔ（ｉ、ｊ−１）|／（２×Ｌｙ）・・・（２）
で与えられる。ただし、Ｔ（ｉ、ｊ＋１）は画素（ｉ、ｊ＋１）での温度、Ｔ（ｉ、ｊ−１）は画素（ｉ、ｊ−１）での温度、Ｌｙは１画素の長さに対応する被調査面の実際の長さであり、Ｌｙ＝Ｙ／Ｂ（ｃｍ／ピクセル）で与えられる。例えば、被調査面の縦幅が１０ｍであり対応する画素数を１万ピクセルとすると、Ｌｙは０．１（ｃｍ／ピクセル）となる。
【００３５】
上記（２）式の温度勾配αｙの算定を全ての画素について行う。すなわち、ｉ列目の画素に関して温度勾配を算出したら、次はｉ＋１列目の画素の温度勾配の算出を行う。そのようにして全ての画素について温度勾配の算出を行ったか判定し（ステップＳ９）、全て算出を行っていれば次の閾値との比較判定（ステップＳ１０）へ進み、未だ算出を終えていなければ垂直方向の温度勾配の算出（ステップＳ８）を繰り返す。
【００３６】
閾値との比較、判定（ステップＳ１０）では、上記（２）式で求めた画素（ｉ、ｊ）での垂直方向の温度勾配αｙを、予め決めておいた所定の閾値Ｔｓｙと比較し、この閾値Ｔｓｙより大きいか否かを判定する。そして、閾値Ｔｓｙより大きい場合は１、閾値Ｔｓｙより小さい場合は０として２値化処理を行い、全ての画素について２値化処理を行った後に２値化処理画像を作成する（ステップＳ１１）。このようにして、水平方向に関して２値化処理した画像が得られることとなる。
【００３７】
次に、水平方向の２値化処理画像と、垂直方向の２値化処理画像とを重ね合わせ、合成した２値化処理画像を作成する（ステップＳ１２）。水平方向の２値化処理熱画像と垂直方向の２値化処理熱画像を重ね合わせるのは、どちらか一方の熱画像のみでも、変状部の検出は可能であるが、より確実に変状部を検出するためである。例えば、垂直方向の２値化処理画像では変状部と特定されなかった場合でも、水平方向の２値化処理画像で変状部と特定される場合があり、水平方向の２値化処理画像と垂直方向の２値化処置画像を重ねることで、より確実に変状部を特定することが可能となる。
【００３８】
次に、重ね合わせて得られた２値化処理画像と、ステップＳ２で撮影した被調査面の可視画像とを対比する（ステップＳ１３）。コンクリート表層部に、色違いの部分がある場合、これをサーモグラフィ装置で撮影して熱画像を得ると、色違い部分が見掛け上、温度が高い又は低いように表示され、誤って変状部と特定されることもある。また、被調査面内に作業者が写っている場合は、作業者に対応する部分の熱画像の温度は高く表示される。すなわち、２値化処理画像と可視画像とを対比することで、予めノイズになると解っている部分を取り除くために、２値化処理画像と可視画像の対比を行う。この予めノイズになると解っている部分を初期雑音（ノイズ）と定義する。
【００３９】
ステップＳ１３の２値化処理画像と可視画像との対比により、２値化処理画像から初期雑音を取り除き、コンクリート表層部の変状部を最終的に特定することができる。上述したように、本発明は、温度勾配を基に変状部を特定するので、単に温度差を用いて特定する場合に比べ、以下の利点がある。まず、被調査面と赤外線サーモグラフィ装置との撮影距離に閾値が左右されない。すなわち、温度差に着目した場合は、撮影距離によって隣り合う画素の有する温度差及び画素の間隔に対応する被調査面の長さが異なり、撮影距離に応じて変状部を特定するための温度差の閾値を定めることが必要となる。一方、温度勾配に着目すれば、撮影距離に依存することなく閾値を定めることが可能であり、この閾値は他の熱画像にも適用することが可能である。つまり、撮影距離を変えると、画素の有する温度差が変化するが、対応する被調査面の長さ（距離）も変化する。しかし、温度差を対応する被調査面の長さで除した温度勾配は一定となるからである。
【００４０】
また、温度差を用いて特定する場合に比べ、変状部をより確実に特定し易い。すなわち、変状部は内部に空気層が介在するため、正常部の温度に比べて急激に温度が変化し、温度勾配が大きくなる。一方、色むらや苔等の植物が被調査面に付着している場合、温度は急激には変化しないため、温度勾配はなだらかとなる。従って、温度勾配に着目することで、変状部と色むら等の存在する箇所とが混在する中から、変状部をより確実に特定することが可能となる。
【００４１】
［実施例］
実際に、変状部が存在するコンクリートの表層部を、本発明の赤外線によるコンクリート表層部の変状部検出方法により検出した一例について詳述する。
【００４２】
図３は、調査すべきコンクリート表層部の可視画像である。電車の線路が敷かれている土手壁がコンクリートで覆われており、その表層部が写し出されている。手前には道路のガードレールが写っており、土手壁を検査する作業員の姿もある。
【００４３】
図４は、図３で撮影したコンクリート表層部をサーモグラフィ装置で撮影した熱画像である。熱画像全体に色むらがあり、このままでは変状部を特定することは困難である。図５は、図４の熱画像について、水平方向及び垂直方向の温度勾配を算定し、それらの２値化処理画像を重ね合わせたものである。ただし、水平方向及び垂直方向の１画素に対応する被調査面の長さＬｘ、Ｌｙは、Ｌｘ＝Ｌｙ＝２．１７ｃｍ／ピクセルであり、２値化処理を行う場合の閾値Ｔｓｘ、Ｔｓｙは、Ｔｓｘ＝Ｔｓｙ＝Ｔｓとして、図５（ａ）ではＴｓ＝０．１８（℃／ｃｍ）、同図（ｂ）ではＴｓ＝０．１５（℃／ｃｍ）、同図（ｃ）ではＴｓ＝０．１２（℃／ｃｍ）となっている。
【００４４】
閾値Ｔｓが小さいほど、２値化処理画像において、黒い点の部分（２値化処理で１の部分）が多くなっており、これは僅かな温度変化があった部分も２値化処理で１となっており、いわゆる雑音が含まれていると考えられる。一方、閾値Ｔｓを大きくすると、黒い点の部分（２値化処理で１の部分）が多くなっており、大きな温度変化のあった部分のみ２値化処理で１としており、小さな変状部を看過してしまっている懸念がある。
【００４５】
図６は、最終的に図５（ｂ）の２値化処理画像と可視画像から、予め解っている初期雑音を取り除き、特定された変状部を示す。閾値として０．１８（℃／ｃｍ）を採用したのは実験的考察から最適値と判断したためである。本発明の方法によって特定された変状部を、実際に打音法により検査したところ、まさしく変状部であることが確認された。なお、本実施例のように、変状部が平面で広がっている場合は、変状部と正常部との境界が２値化処理画像で１として表わされ、この２値化処理画像で黒い部分で囲まれた領域内は変状部である。
【００４６】
本発明の実施の形態によれば、画素の持つ温度データを用い、その画素の温度勾配に基礎を置くために、簡単な手続きで変状部を十分な確度、信頼性を持って一義的に特定することが可能である。したがって、コンクリート表層部の修復作業等を効率的に行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部の検出方法は、建築物の外装タイルの浮き、剥離の特定の他に、高架橋等のコンクリート構造物の浮き、剥離や堤体コンクリートの漏水等の特定に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｔｓ、Ｔｓｘ、Ｔｓｙ 閾値
αｘ、αｙ 温度勾配
Ｌｘ 水平方向の１画素に対応する被調査面の長さ
Ｌｙ 垂直方向の１画素に対応する被調査面の長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線サーモグラフィ装置によってコンクリート表層部の被調査面を撮影し、該撮影した被調査面の熱画像に基づいて前記コンクリート表層部の変状部を特定する赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法において、
前記撮影した被調査面の熱画像は、水平方向及び垂直方向に整列した複数の画素から構成され、かつ前記各画素は温度のデータを有しており、
画素の温度勾配として、該画素を挟む水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を、前記２つの画素の間隔に対応する前記被調査面の長さで除した値を採用し、
前記熱画像を構成する各画素の温度勾配を算出する温度勾配算出工程と、
該温度勾配算出工程により算出された前記各画素の温度勾配が所定の閾値より大きいか否かを比較判定する比較判定工程と、を有し、
前記比較判定工程で前記閾値より大きい値を持つ画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とするコンクリート表層部の変状部検出方法。
【請求項２】
前記比較判定工程により前記温度勾配が前記閾値よりも大きいと判定された場合に１、小さいと判定された場合に０として２値化処理画像を作成する２値化処理工程を有し、
前記２値化処理工程で作成される前記２値化処理画像で１と処理された画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とする請求項１に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法。
【請求項３】
前記温度勾配算出工程、前記比較判定工程及び前記２値化処理工程を、前記熱画像の水平方向及び垂直方向の２方向の全画素について実行して水平方向及び垂直方向のそれぞれの２値化処理画像を得た後に、前記水平方向の２値化処理画像と前記垂直方向の２値化処理画像とを重ね合わせ、該重ね合わせた２値化処理画像で１となる画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とする請求項２に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法。
【請求項４】
前記２値化処理工程で得られた前記２値化処理画像と、前記被調査面の可視画像と、を比較して、前記可視画像からノイズになると推定される箇所に対応する前記２値化処理画像のデータは補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法。
【請求項５】
前記温度勾配算出工程における前記各画素の温度勾配の算出は、隣接する水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を用いて算出することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法。
【請求項１】
赤外線サーモグラフィ装置によってコンクリート表層部の被調査面を撮影し、該撮影した被調査面の熱画像に基づいて前記コンクリート表層部の変状部を特定する赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法において、
前記撮影した被調査面の熱画像は、水平方向及び垂直方向に整列した複数の画素から構成され、かつ前記各画素は温度のデータを有しており、
画素の温度勾配として、該画素を挟む水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を、前記２つの画素の間隔に対応する前記被調査面の長さで除した値を採用し、
前記熱画像を構成する各画素の温度勾配を算出する温度勾配算出工程と、
該温度勾配算出工程により算出された前記各画素の温度勾配が所定の閾値より大きいか否かを比較判定する比較判定工程と、を有し、
前記比較判定工程で前記閾値より大きい値を持つ画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とするコンクリート表層部の変状部検出方法。
【請求項２】
前記比較判定工程により前記温度勾配が前記閾値よりも大きいと判定された場合に１、小さいと判定された場合に０として２値化処理画像を作成する２値化処理工程を有し、
前記２値化処理工程で作成される前記２値化処理画像で１と処理された画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とする請求項１に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法。
【請求項３】
前記温度勾配算出工程、前記比較判定工程及び前記２値化処理工程を、前記熱画像の水平方向及び垂直方向の２方向の全画素について実行して水平方向及び垂直方向のそれぞれの２値化処理画像を得た後に、前記水平方向の２値化処理画像と前記垂直方向の２値化処理画像とを重ね合わせ、該重ね合わせた２値化処理画像で１となる画素に対応する前記被調査面の箇所を変状部とすることを特徴とする請求項２に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法。
【請求項４】
前記２値化処理工程で得られた前記２値化処理画像と、前記被調査面の可視画像と、を比較して、前記可視画像からノイズになると推定される箇所に対応する前記２値化処理画像のデータは補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法。
【請求項５】
前記温度勾配算出工程における前記各画素の温度勾配の算出は、隣接する水平方向又は垂直方向の２つの画素の温度差を用いて算出することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の赤外線法によるコンクリート表層部の変状部検出方法。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−９９６８７（Ｐ２０１１−９９６８７Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５２７４２（Ｐ２００９−２５２７４２）
【出願日】平成２１年１１月４日（２００９．１１．４）
【出願人】（３９００３４４３０）大和小田急建設株式会社 (13)
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月４日（２００９．１１．４）
【出願人】（３９００３４４３０）大和小田急建設株式会社 (13)
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]