電磁波イメージングシステム、構造物透視装置および構造物透視方法
【課題】構造物表面に存在する凹凸構造の影響を極力回避し、構造物に生じた劣化箇所をより高い精度で透視する。
【解決手段】ミリ波帯の電磁波イメージングシステムであって、構造物表面の画像を撮像する画像撮像装置と、撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析装置と、分析装置が分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する制御手段と、 ミリ波帯の電磁波を構造物に照射する電磁波発生装置と、ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する１次元検波器アレイと、移動距離を計測する距離センサと、前記１次元検波器アレイが検出した反射波の強度を数値化する計測装置２と、距離センサが計測した移動距離と、前記計測装置が数値化した反射波強度とを対応付けた、構造物の透視イメージを表示する表示装置３と、を備える。
【解決手段】ミリ波帯の電磁波イメージングシステムであって、構造物表面の画像を撮像する画像撮像装置と、撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析装置と、分析装置が分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する制御手段と、 ミリ波帯の電磁波を構造物に照射する電磁波発生装置と、ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する１次元検波器アレイと、移動距離を計測する距離センサと、前記１次元検波器アレイが検出した反射波の強度を数値化する計測装置２と、距離センサが計測した移動距離と、前記計測装置が数値化した反射波強度とを対応付けた、構造物の透視イメージを表示する表示装置３と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を用いた構造物診断技術に関し、特に、コンクリートなどの構造物に生じたクラックや剥離等の劣化を電磁波によって非破壊検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
世の中の建造物に広く用いられているコンクリートには、製造過程や歳月の経過において腐朽や欠陥が生じていることが少なくない。このような腐朽や欠陥は、コンクリートの強度を著しく劣化させる要因の１つと考えられる。例えば、コンクリート構造物内部でクラックや剥離が発生すると構造の強度が低下して、場合によっては倒壊の危険性を誘発するおそれがある。地震による建造物倒壊やトンネル覆工コンクリート塊の落下等がその例である。このような事故の防止には、コンクリートの内部クラックや剥離を早期に検知することが必要である。
【０００３】
コンクリートの内部クラックや剥離を検知する方法としては、コンクリートの劣化を外部から目視によって検査する方法が考えられる。また、Ｘ線ＣＴ、超音波イメージング、マイクロ波イメージング、熱分布イメージングなどを用いることにより、建造物を破壊することなく、建造物内部を透視する非破壊検査方式が考えられる。なお、特許文献１および非特許文献２には、コンクリートを検査する方法が記載されている
【特許文献１】国際公開第ＷＯ00／52418号パンフレット
【非特許文献１】小原治之，「コンクリート床版検査用３次元映像化レーダの開発」，第７回地下電磁計測ワークショップ論文集，２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、建造物に用いられるコンクリートは、実際には、コンクリート表面が壁紙クロスや塗装などによって覆われている場合が多い。このような場合、目視によってコンクリートの劣化を外部から検査することは困難である。
【０００５】
また、非破壊検査方式にＸ線ＣＴを用いた場合、Ｘ線の透過能が大きいためにコンクリートからの反射信号を検知することが難しく、Ｘ線発生器とＸ線検知器とを対向して配置する必要が生じる。そのため、Ｘ線ＣＴを用いた装置は、システム規模が大きくなってしまう、という問題点がある。また、Ｘ線ＣＴを用いた場合は透過型の撮像方式であるため、検査対象となるコンクリート面の後ろ側に、Ｘ線検知装置を配置する必要がある。しかしながら、検査対象となるコンクリートがトンネルや高層ビルの外壁などの場合、コンクリート面の後ろ側にＸ線検知装置を配置することは困難である。
【０００６】
また、超音波イメージングは、パルス状に超音波をコンクリート表面から入射させ、コンクリート中を伝搬する弾性波を検知し、腐朽や欠陥を見通す技術である。そのため、非破壊検査方式に超音波イメージングを用いる場合も、基本的には信号発生器と検知器と対向させることが望ましい。これにより、システム規模が大きくなってしまう、という問題点がある。
【０００７】
また、マイクロ波を用いたイメージング装置は、レーダーシステムを採用してコンクリート内部に埋設された金属管などを探査する用途に用いられているが、空間解像度に難がある。また、熱分布イメージングは、建造物の表面から見た温度分布を可視化するものであって、健全部位と腐朽・欠陥部位において熱伝導特性が異なることを利用するものである。しかしながら、その熱拡散は速やかに広がるため、像に十分な空間解像度が得られないという問題が発生する。
【０００８】
さらに、コンクリートクラックの早期診断には、土木・建築の基準としてミリメートル単位での精度が必要とされている。このミリメートル単位の大きさは、一般に構造物の非破壊検査に用いられている電磁波の波長よりも極めて小さく、電磁波の反射として得られる特徴も極めて小さい信号レベルである。したがって、劣悪なS／N比によって微細なクラックの検知が困難となる場合が多く、特に、コンクリート表面の壁紙クロスや塗装などの被覆材の凹凸が、S／N比を劣化させる要因として挙げられる。すなわち、被覆材表面の凹凸構造が電磁波の波長と同程度かそれ以上の場合、反射波に甚大な影響を与え、当該被覆材の下にわずかな幅のクラックが潜んでいるか否かを判定することは困難である。そのため、被覆材の下のコンクリートに潜んでいる劣化箇所を見落とすおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、構造物表面に存在する凹凸構造の影響を極力回避し、構造物に生じた劣化箇所をより高い精度で透視することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、第１の発明は、ミリ波帯の電磁波イメージングシステムであって、構造物表面の画像を撮像する画像撮像装置と、前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析装置と、前記分析装置が分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する制御手段と、ミリ波帯の電磁波を構造物に照射する電磁波発生装置と、前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する１次元検波器アレイと、移動距離を計測する距離センサと、前記１次元検波器アレイが検出した反射波の強度を数値化する計測装置と、前記距離センサが計測した移動距離と、前記計測装置が数値化した反射波強度とを対応付けた、構造物の透視イメージを表示する表示装置と、を備え、前記電磁波発生装置は、前記制御手段が特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射する。
【００１１】
第２の発明は、ミリ波帯の電磁波イメージングシステムにおける構造物透視装置であって、構造物表面の画像を撮像する画像撮像装置と、前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析装置と、前記分析装置が分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する制御手段と、ミリ波帯の電磁波を、構造物に照射する電磁波発生装置と、前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する１次元検波器アレイと、当該構造物透視装置の移動距離を計測する距離センサと、を備え、前記電磁波発生装置は、前記制御手段が特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射し、前記１次元検波器アレイは、前記検知した反射波を計測装置に送信し、前記距離センサは、前記計測した移動距離を表示装置に送信する。
【００１２】
第３の発明は、ミリ波帯の電磁波イメージングシステムにおける構造物透視方法であって、構造物表面の画像を撮像する画像撮像ステップと、前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析ステップと、前記分析ステップで分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する特定ステップと、前記特定ステップで特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射する電磁波照射ステップと、１次元検波器アレイを用いて、前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する反射波検知ステップと、前記１次元検波器アレイが検出した反射波の強度を数値化する計測ステップと、前記計測ステップで数値化した反射波強度を表示する表示ステップと、を行う。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、構造物表面に存在する凹凸構造の影響を極力回避し、構造物に生じた劣化箇所をより高い精度で透視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る電磁波イメージングシステムの全体構成図である。
【００１６】
電磁波イメージングシステムは、ミリ波帯の電磁波を用いて構造物を透視する構造物表層部透視装置１と、ロックインアンプ（計測器）２と、制御ＰＣ（Personal Computer）３と、を備える。
【００１７】
構造物表層部透視装置１は、筐体１１内部に、電磁波発生器１２と、電磁波検波器アレイ１３と、車輪型距離センサ１４と、周波数切替器１５と、凹凸診断ユニット１６と、を備える。構造物表層部透視装置１の筐体１１は、片手で操作可能な数十センチ四方程度（例えば、全長３００ｍｍ程度）の大きさのハンディ型の筐体であるものとする。
【００１８】
電磁波発生器（ＧＵＮＮ発振器、シンセサイザ 等）１２は、94-120 GHz帯の電磁波（以下、「ミリ波」）を発生させる。そして、電磁波発生器１２は、筐体１１に取り付けられたホーンアンテナ等（不図示）を用いて、コンクリート等の透視対象物（以下、「ターゲット」）にミリ波を拡散照射する。
【００１９】
なお、本実施形態の電磁波発生器１２は、周波数切替器１５により周波数の調整が可能であるものとする。例えば、電磁波発生器１２は、周波数切替器１５の制御により、中心周波数100GHz、電磁波強度40mWの電磁波を出力するものとする。なお、周波数切替器１５は、凹凸診断ユニット１６から受け付けた制御信号に基づいて、電磁波発生器１２が発生する電磁波の周波数を調整する。
【００２０】
電磁波発生器１２より照射されたミリ波は、筐体１１の底面の開口部１９からターゲット面へ照射される。そして、照射されたミリ波の反射波が、ターゲット面へ受信アンテナを向けて設置された電磁波検波器アレイ１３によって検知される。電磁波検波器アレイ１３には、例えば電磁波を受信するための平面スロットアンテナ等に、電磁波の反射強度を検知するためのショットキーダイオード等を接続したものを複数個用意し、一列に並べた１次元検波器アレイを用いるものとする。なお、本実施形態の電磁波検波器アレイ１３の素子数は１６個、平面スロットアンテナの間隔は5mm毎、ショットキーダイオードの感度は100mV/mWであるものとする。電磁波検波器アレイ１３は、検知した反射波強度をダイオードの整流作用によって電圧値に変換し、変換した電圧値を検知信号としてロックインアンプ２に送信する。
【００２１】
車輪型距離センサ１４は、筐体１１の移動距離を検知し、マイコンボード（不図示）を経由して、制御ＰＣ３に距離信号（移動距離情報）を伝送する。すなわち、筐体１１を手で走査すると、車輪型距離センサ１４は、走査により移動した距離の情報を制御ＰＣ３に送信する。凹凸診断ユニット１６は、ターゲット表面の画像を撮像し、撮像画像に基づいて凹凸の程度を診断する。なお、凹凸診断ユニット１６については、後述する。
【００２２】
ロックインアンプ２は、電磁波検波器アレイ１３から送信された反射波強度（検知信号）を受信し、反射波強度を数値化して制御ＰＣ３に出力する。
【００２３】
制御ＰＣ３は、ロックインアンプ２から出力された反射波強度を入力するとともに、車輪型距離センサ１４から送信された移動距離情報を受信する。そして、制御ＰＣ３は、移動距離に合わせて電磁波検波器アレイ１３が検知した反射波強度値を、当該制御ＰＣ３の出力装置上に次々と描画する。これにより、ターゲット面表層内部の２次元透視画像をリアルタイムに表示（取得）することができる。なお、制御ＰＣ３の出力装置に表示される２次元透視画像については後述する。
【００２４】
次に、構造物表層部透視装置１について、さらに詳しく説明する。
【００２５】
図２は、構造物表層部透視装置１の概略構成図である。図示する構造物表層部透視装置１は、凹凸診断ユニット１６と、電磁波診断ユニット１７と、距離センサユニット１８と、を備える。なお、凹凸診断ユニット１６は、当該構造物表層部透視装置１の進行方向に対して、電磁波診断ユニット１７の前方に設置されるものとする。これにより、電磁波診断ユニット１７が透視するターゲット表面の凹凸構造を事前に分析し、分析した凹凸構造に適した周波数を決定することができる。
【００２６】
すなわち、コンクリートなどのターゲットの表面は、壁紙クロスや塗装などの被覆材で覆われていることが多い。また、コンクリートクラックの早期診断には、ミリメートル単位での精度が必要とされ、このミリメートル単位の大きさを検出するには、極めて小さい波長の電磁波が用いられる。したがって、電磁波の反射として得られる特徴も極めて小さい信号レベルである。被覆材の反射波への影響が無視できる程に小さい場合は問題ないが、電磁波の波長と同程度かそれ以上の大きさの被覆材の凹凸構造は、S／N比を劣化させ、反射波に甚大な影響を与える。そのため、被覆材の下のコンクリートに潜んでいるわずかな幅のクラック（劣化箇所）が存在するか否かを判定することは困難であり、クラックを見落としてしまうおそれがある。
【００２７】
一般に、周波数を下げると画像解像度は低下し、表面の凹凸構造による影響が少なくなる。しかしながら、解像度を下げすぎるとクラック等の劣化箇所を検知することができない。そこで、凹凸診断ユニット１６では、ターゲット表面の凹凸構造を事前に分析し、表面の凹凸構造が、反射波に影響を与えない範囲内で、最大の周波数を特定する。
【００２８】
図示する凹凸診断ユニット１６は、画像撮像装置３１と、分析装置３２と、制御装置３３と、関数テーブル３４と、を備える。画像撮像装置３１は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）カメラなどを用いて、ターゲットの表面の画像を撮像し、撮像した画像を分析装置３２に送出する。
【００２９】
そして、分析装置３２は、画像撮像装置３１からターゲットの表面の画像を受け付け、所定のエッジ検出アルゴリズムを用いて、画像中のエッジ含有率を算出し、ターゲット表面の凹凸の程度を定量化する。なお、画像エッジ検出アルゴリズムについては、例えば下記文献に記載されている。
【００３０】
「画像解析ハンドブック」，高木幹雄，下田陽久，東京大学出版会，ｐ553-556
画像エッジ検出アルゴリズムでは、ソベル（Sobel）フィルタなどの画像フィルタを用いて、エッジ（輪郭）を検出する。
【００３１】
本実施形態の分析装置３２では、例えば、ソベルフィルタを用いて検出したエッジのエッジ画素数ｎをカウントする。そして、分析装置３２は、エッジ画素数ｎを画像全体の画素数ｍで除算することにより、エッジ含有率ｎ/ｍ（定量化されたターゲット表面の凹凸の程度）を算出する。そして、分析装置３２は、算出したエッジ含有率を、制御装置３３に通知する。
【００３２】
制御装置３３は、分析装置３２が通知したエッジ含有率を受け付けると、関数テーブル３４を参照して受け付けたエッジ含有率に対応する周波数を特定する。
【００３３】
関数テーブル３４は、エッジ含有率毎に、当該エッジ含有率に対応する電磁波の周波数が設定されたテーブルである。例えば、ソベルフィルタのエッジ係数パラメータｋなるアルゴリズムにおいて、エッジ含有率ｎ/ｍが所定の閾値ａよりも小さくなるような最大のｋ’と、当該ｋ’値を与える表面凹凸の影響を受けないような（所定の分解能を充足する）電磁波の最大周波数ｆとの関数と、をあらかじめ実験を行うことにより取得しておくものとする。そして、取得した関数に、各エッジ含有率を投入し、各エッジ含有率に対応する周波数をそれぞれ算出する。そして、関数テーブル３４に、各エッジ含有率と、対応する周波数とを記憶しておく。
【００３４】
なお、関数テーブル３４に関数自体を記憶し、制御装置３３は、エッジ含有率を受け付けると、当該関数に受け付けたエッジ含有率を投入し、周波数を算出することとしてもよい。関数テーブル３４は、凹凸診断ユニット１６のメモリまたは外部記憶装置（不図示）にあらかじめ記憶されているものとする。
【００３５】
そして、制御装置３３は、特定した周波数を含む制御信号を電磁波診断ユニット１７に送出する。電磁波診断ユニット１７は、周波数信号を受け付けると、電磁波診断ユニット１７を起動してターゲットの診断を行う。なお、制御装置３３は、周波数を含む制御信号を電磁波診断ユニット１７に送出する際に、図示しないスピーカから電子音等を鳴らし、凹凸診断が完了したことを当該構造物表層部透視装置１の操作者に知らせることとしてもよい。
【００３６】
電磁波診断ユニット１７は、周波数切替器１５と、電磁波発生器１２と、電磁波検波器アレイ１３とを有する。周波数切替器１５は、凹凸診断ユニット１６から制御信号を受け付ける。そして、周波数切替器１５は、制御信号で指定された周波数に基づいて、電磁波発生器１２が発生する電磁波の周波数を制御（調整）する。
【００３７】
そして、電磁波発生器１２は、周波数切替器１５により制御された周波数の電磁波を、ターゲットに照射する。そして、電磁波検波器アレイ１３は、反射波によりターゲットの表層内部を透視し、ターゲットに発生したクラック等の劣化箇所を検知する。距離センサユニット１８の車輪型距離センサ１４は、構造物表層部透視装置１の移動距離を計測し、制御ＰＣ３に送信する。なお、距離センサユニット１８は、車輪型距離センサ１４以外の距離センサを用いて、移動距離を計測することとしてもよい。
【００３８】
次に、本実施形態の電磁波イメージングシステムを用いてコンクリートクラックを撮像した場合について、具体的に説明する。
【００３９】
図３に示すコンクリートの表面８１には、幅０．２ｍｍのクラック８２が発生している。そして、このコンクリートの表面８１に、表層カバー（被覆材）８４を被せた状態で、構造物表層部透視装置１がコンクリートを透視するものとする。なお、表層カバー８３の下のクラック８２は、可視光（目視、ＣＣＤカメラなど）では観察または検出することができないものとする。
【００４０】
まず、凹凸診断ユニット１６の画像撮像装置３１が、表層カバー８３（撮像領域８４）の画像を撮像する。
【００４１】
図４は、画像撮像装置３１が撮像した、３種類の表層カバー８３の画像サンプルである。図４（ａ）に示す第１の表層カバーは、防水加工等に用いられる塗装膜であって、表面の凹凸はほとんどない。図４（ｂ）に示す第２の表層カバーは、表面に紙ヤスリ数百番程度のザラつきのある壁紙であって、サブミリメートル規模の凹凸構造を有する。図４（ｃ）に示す第３の表層カバーは、「柚子皮仕上げ」と呼ばれる壁紙であって、表面に数ミリメートル規模の凹凸を有する。
【００４２】
そして、分析装置３２は、画像撮像装置３１から表層カバーの画像を受け付け、エッジ検出アルゴリズムを用いて、画像中のエッジを検出する。
【００４３】
図５は、分析装置３２が、図４に示す各画像に対し、ソベルフィルタのエッジ検出アルゴリズムを用いて検出したエッジの検出結果を示したものである。図５（ａ）は第１の表層カバー（図４（ａ）参照）、図５（ｂ）は第２の表層カバー（図４（ｂ）参照）、図５（ｃ）は第３の表層カバー（図４（ｃ）参照）のエッジ検出結果である。
【００４４】
なお、図示するエッジ検出結果は、Matlab7.0のImageToolkitに実装されているソベルフィルタのアルゴリズムを用いたものであって、エッジ係数パラメータkは「0.03」とした。図５（ｃ）に示す第３の表層カバー（柚子皮仕上げの壁紙）では、図５（ａ）、（ｂ）と比較して、エッジ量が多いことが一目で分かる。
【００４５】
そして、分析装置３２は、エッジ検出結果からエッジ画素数ｎをカウントする。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すエッジ画素数ｎは、それぞれ0個、145個、10,261個である。また、図示する画像全体の画素数ｍは、400×200=80,000画素である。分析装置３２は、画像のエッジ含有率ｎ/ｍ（0%，0.2%，12.9%）を算出し、表層カバーの凹凸の程度を定量評価する。そして、分析装置３２は、算出したエッジ含有率を、制御装置３３に通知する。制御装置３３は、関数テーブル３４を参照して、各エッジ含有率に適した周波数を特定し、電磁波診断ユニット１７に通知する。
【００４６】
ここで、エッジ係数パラメータkとエッジ含有率との関係を説明する。
【００４７】
図６は、この図４に示す３つの表層カバーのサンプル画像について、エッジ係数パラメータkと、エッジ含有率ｎ/ｍとの関係をプロットしたものである。エッジ含有率ｎ/ｍが「0」に近くなるときのkの値と、そのときに表面凹凸に影響を受けないような（所定の分解能を充足する）電磁波周波数fの関係とを実験によって取得すれば、例えば第３の表層カバー６３の状況のときに最適周波数が算出することができる。本実施形態では、エッジ係数パラメータkを「0.03」とし、この場合に、表面の凹凸に影響を受けないような電磁波周波数fの関数をあらかじめ取得し、関数テーブル３４に記憶しておくものとする。
【００４８】
そして、電磁波診断ユニット１７は、凹凸診断ユニット１６から通知された周波数のミリ波をコンクリートに照射し、コンクリートの透視を行う。すなわち、表層カバー８３上で、構造物表層部透視装置１を走査する。これにより、距離センサユニット１８は、移動距離情報を制御ＰＣ３に送信する。また、電磁波診断ユニット１７は、指示された周波数のミリ波を照射するとともに、当該ミリ波の反射波を検知する。そして電磁波診断ユニット１７が検知した反射波強度は、ロックインアンプ２によって数値化され、移動距離と同期をとって制御ＰＣ３の出力装置に２次元透視画像として表示される。
【００４９】
図７は、電磁波診断ユニット１７の電磁波発生器１２が、波長3mmの100GHz帯の電磁波を図３の撮像領域８４に照射した場合の２次元透視画像の一例である。図７（ａ）は、第１の表層カバー（図４（ａ）参照）を用いた場合の２次元透視画像である。図７（ｂ）は、第２の表層カバー（図４（ｂ）参照）を用いた場合の２次元透視画像である。図７（ｃ）は、第３の表層カバー（図４（ｃ）参照）を用いた場合の２次元透視画像である。なお、図示する各２次元透視画像では、縦軸が電磁波検波器アレイ１３の１６個の各素子各々検知した反射強度を、横軸が移動距離を示している。
【００５０】
図７（ａ）、（ｂ）に示す第１の表層カバーおよび第２の表層カバーの２次元透視画像では、波長3mmの100GHz帯の電磁波を照射することで、表層カバーの下のコンクリート表面内部に発生しているクラックの箇所を検知することができる。すなわち、電磁波診断ユニット１７は、波長3mmの100GHz帯の電磁波を用いることで、第１の表層カバーおよび第２の表層カバーを透過して、コンクリートに発生したサブミリメートル単位の微細なクラック８２を検出することができる。
【００５１】
一方、図７（ｃ）に示す第３の表層カバー（柚子皮仕上げの壁紙）の２次元透視画像では、3mmの100GHz帯の電磁波を照射した場合、表層カバーの凹凸が電磁波の反射に甚大に影響し、表層カバーの下のコンクリート表面内部に発生しているクラックの箇所を判断（検知）することができない。図７（ｃ）に示すような２次元透視画像の出力を回避するために、凹凸診断ユニットでは、周波数を下げることにより凹凸構造の影響を排除しつつ、かつ最大の周波数を決定し、決定した周波数を電磁波診断ユニット１７に送出する。
【００５２】
本実施形態によれば、構造物表面に存在する凹凸構造の影響を極力回避し、構造物に生じた劣化箇所をより高い精度で透視することができる。すなわち、本実施形態では、構造物表面の画像からエッジを検出して凹凸の程度を判定し、凹凸の程度に応じた周波数を選択し、当該周波数の電磁波を構造物に照射する。これにより、一定の画像解像度を維持しつつ、凹凸構造の影響を抑制した構造物透視画像を取得することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、ミリ波帯の電磁波を用いることにより、マイクロ波レーダや赤外線等では検知できないミリメートル幅の微細な構造物表層のクラックを検知することができる。また、本実施形態では、ミリ波帯の電磁波を用いて構造物を透視することにより、構造物を破壊することなく構造物に発生したクラックなどの劣化箇所を検出することができる。
【００５４】
また、本実施形態の構造物表層部透視装置１の電磁波診断ユニット１７は、ミリ波帯の電磁波を用いた反射型検知であるため、Ｘ線ＣＴのようにターゲットの後ろ側に検波器を設置する必要がない。これにより、簡素なシステム構成（装置の小型化）が可能であって、また、透視する構造物の適用領域（分野）を拡大することができる。
【００５５】
また、本実施形態の構造物表層部透視装置１は、片手で操作可能な大きさのハンディ型装置であるため、現場での可搬性に優れ、また、操作性も良い。
【００５６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、構造物表面の凹凸の程度を分析し、電磁波の周波数を決定する分析装置３２、制御装置３３および関数テーブル３４は、構造物表層部透視装置１の凹凸診断ユニット１６に搭載されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、これらの装置３２、３３、３４は、制御ＰＣ３に搭載されていてもよい。この場合、構造物表層部透視装置１の画像撮像装置３１は、撮像した画像を制御ＰＣ３に送信する。そして、制御ＰＣ３は、送信された画像を分析して当該画像に適した周波数を特定し、特定した周波数を構造物表層部透視装置１の周波数切替器１５に送信する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁波イメージングシステムの全体構成図である。
【図２】構造物表装部透視装置の概略構成図である。
【図３】コンクリートクラックの一例を示す図である。
【図４】表層カバーの画像サンプルを示す図である。
【図５】エッジ検出結果を示す図である。
【図６】エッジ係数パラメータと、エッジ含有率との関係を示す図である。
【図７】コンクリートクラックの２次元透視画像例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 構造物表層部透視装置
２ ロックインアンプ
３ 制御ＰＣ
１１ 筐体
１２ 電磁波発生器
１３ 電磁波検波器アレイ
１４ 車輪型距離センサ
１５ 周波数切替器
１６ 凹凸診断ユニット
１７ 電磁波診断ユニット
１８ 距離センサユニット
３１ 画像撮像装置
３２ 分析装置
３３ 制御装置
３４ 関数テーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を用いた構造物診断技術に関し、特に、コンクリートなどの構造物に生じたクラックや剥離等の劣化を電磁波によって非破壊検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
世の中の建造物に広く用いられているコンクリートには、製造過程や歳月の経過において腐朽や欠陥が生じていることが少なくない。このような腐朽や欠陥は、コンクリートの強度を著しく劣化させる要因の１つと考えられる。例えば、コンクリート構造物内部でクラックや剥離が発生すると構造の強度が低下して、場合によっては倒壊の危険性を誘発するおそれがある。地震による建造物倒壊やトンネル覆工コンクリート塊の落下等がその例である。このような事故の防止には、コンクリートの内部クラックや剥離を早期に検知することが必要である。
【０００３】
コンクリートの内部クラックや剥離を検知する方法としては、コンクリートの劣化を外部から目視によって検査する方法が考えられる。また、Ｘ線ＣＴ、超音波イメージング、マイクロ波イメージング、熱分布イメージングなどを用いることにより、建造物を破壊することなく、建造物内部を透視する非破壊検査方式が考えられる。なお、特許文献１および非特許文献２には、コンクリートを検査する方法が記載されている
【特許文献１】国際公開第ＷＯ00／52418号パンフレット
【非特許文献１】小原治之，「コンクリート床版検査用３次元映像化レーダの開発」，第７回地下電磁計測ワークショップ論文集，２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、建造物に用いられるコンクリートは、実際には、コンクリート表面が壁紙クロスや塗装などによって覆われている場合が多い。このような場合、目視によってコンクリートの劣化を外部から検査することは困難である。
【０００５】
また、非破壊検査方式にＸ線ＣＴを用いた場合、Ｘ線の透過能が大きいためにコンクリートからの反射信号を検知することが難しく、Ｘ線発生器とＸ線検知器とを対向して配置する必要が生じる。そのため、Ｘ線ＣＴを用いた装置は、システム規模が大きくなってしまう、という問題点がある。また、Ｘ線ＣＴを用いた場合は透過型の撮像方式であるため、検査対象となるコンクリート面の後ろ側に、Ｘ線検知装置を配置する必要がある。しかしながら、検査対象となるコンクリートがトンネルや高層ビルの外壁などの場合、コンクリート面の後ろ側にＸ線検知装置を配置することは困難である。
【０００６】
また、超音波イメージングは、パルス状に超音波をコンクリート表面から入射させ、コンクリート中を伝搬する弾性波を検知し、腐朽や欠陥を見通す技術である。そのため、非破壊検査方式に超音波イメージングを用いる場合も、基本的には信号発生器と検知器と対向させることが望ましい。これにより、システム規模が大きくなってしまう、という問題点がある。
【０００７】
また、マイクロ波を用いたイメージング装置は、レーダーシステムを採用してコンクリート内部に埋設された金属管などを探査する用途に用いられているが、空間解像度に難がある。また、熱分布イメージングは、建造物の表面から見た温度分布を可視化するものであって、健全部位と腐朽・欠陥部位において熱伝導特性が異なることを利用するものである。しかしながら、その熱拡散は速やかに広がるため、像に十分な空間解像度が得られないという問題が発生する。
【０００８】
さらに、コンクリートクラックの早期診断には、土木・建築の基準としてミリメートル単位での精度が必要とされている。このミリメートル単位の大きさは、一般に構造物の非破壊検査に用いられている電磁波の波長よりも極めて小さく、電磁波の反射として得られる特徴も極めて小さい信号レベルである。したがって、劣悪なS／N比によって微細なクラックの検知が困難となる場合が多く、特に、コンクリート表面の壁紙クロスや塗装などの被覆材の凹凸が、S／N比を劣化させる要因として挙げられる。すなわち、被覆材表面の凹凸構造が電磁波の波長と同程度かそれ以上の場合、反射波に甚大な影響を与え、当該被覆材の下にわずかな幅のクラックが潜んでいるか否かを判定することは困難である。そのため、被覆材の下のコンクリートに潜んでいる劣化箇所を見落とすおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、構造物表面に存在する凹凸構造の影響を極力回避し、構造物に生じた劣化箇所をより高い精度で透視することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、第１の発明は、ミリ波帯の電磁波イメージングシステムであって、構造物表面の画像を撮像する画像撮像装置と、前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析装置と、前記分析装置が分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する制御手段と、ミリ波帯の電磁波を構造物に照射する電磁波発生装置と、前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する１次元検波器アレイと、移動距離を計測する距離センサと、前記１次元検波器アレイが検出した反射波の強度を数値化する計測装置と、前記距離センサが計測した移動距離と、前記計測装置が数値化した反射波強度とを対応付けた、構造物の透視イメージを表示する表示装置と、を備え、前記電磁波発生装置は、前記制御手段が特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射する。
【００１１】
第２の発明は、ミリ波帯の電磁波イメージングシステムにおける構造物透視装置であって、構造物表面の画像を撮像する画像撮像装置と、前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析装置と、前記分析装置が分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する制御手段と、ミリ波帯の電磁波を、構造物に照射する電磁波発生装置と、前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する１次元検波器アレイと、当該構造物透視装置の移動距離を計測する距離センサと、を備え、前記電磁波発生装置は、前記制御手段が特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射し、前記１次元検波器アレイは、前記検知した反射波を計測装置に送信し、前記距離センサは、前記計測した移動距離を表示装置に送信する。
【００１２】
第３の発明は、ミリ波帯の電磁波イメージングシステムにおける構造物透視方法であって、構造物表面の画像を撮像する画像撮像ステップと、前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析ステップと、前記分析ステップで分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する特定ステップと、前記特定ステップで特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射する電磁波照射ステップと、１次元検波器アレイを用いて、前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する反射波検知ステップと、前記１次元検波器アレイが検出した反射波の強度を数値化する計測ステップと、前記計測ステップで数値化した反射波強度を表示する表示ステップと、を行う。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、構造物表面に存在する凹凸構造の影響を極力回避し、構造物に生じた劣化箇所をより高い精度で透視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る電磁波イメージングシステムの全体構成図である。
【００１６】
電磁波イメージングシステムは、ミリ波帯の電磁波を用いて構造物を透視する構造物表層部透視装置１と、ロックインアンプ（計測器）２と、制御ＰＣ（Personal Computer）３と、を備える。
【００１７】
構造物表層部透視装置１は、筐体１１内部に、電磁波発生器１２と、電磁波検波器アレイ１３と、車輪型距離センサ１４と、周波数切替器１５と、凹凸診断ユニット１６と、を備える。構造物表層部透視装置１の筐体１１は、片手で操作可能な数十センチ四方程度（例えば、全長３００ｍｍ程度）の大きさのハンディ型の筐体であるものとする。
【００１８】
電磁波発生器（ＧＵＮＮ発振器、シンセサイザ 等）１２は、94-120 GHz帯の電磁波（以下、「ミリ波」）を発生させる。そして、電磁波発生器１２は、筐体１１に取り付けられたホーンアンテナ等（不図示）を用いて、コンクリート等の透視対象物（以下、「ターゲット」）にミリ波を拡散照射する。
【００１９】
なお、本実施形態の電磁波発生器１２は、周波数切替器１５により周波数の調整が可能であるものとする。例えば、電磁波発生器１２は、周波数切替器１５の制御により、中心周波数100GHz、電磁波強度40mWの電磁波を出力するものとする。なお、周波数切替器１５は、凹凸診断ユニット１６から受け付けた制御信号に基づいて、電磁波発生器１２が発生する電磁波の周波数を調整する。
【００２０】
電磁波発生器１２より照射されたミリ波は、筐体１１の底面の開口部１９からターゲット面へ照射される。そして、照射されたミリ波の反射波が、ターゲット面へ受信アンテナを向けて設置された電磁波検波器アレイ１３によって検知される。電磁波検波器アレイ１３には、例えば電磁波を受信するための平面スロットアンテナ等に、電磁波の反射強度を検知するためのショットキーダイオード等を接続したものを複数個用意し、一列に並べた１次元検波器アレイを用いるものとする。なお、本実施形態の電磁波検波器アレイ１３の素子数は１６個、平面スロットアンテナの間隔は5mm毎、ショットキーダイオードの感度は100mV/mWであるものとする。電磁波検波器アレイ１３は、検知した反射波強度をダイオードの整流作用によって電圧値に変換し、変換した電圧値を検知信号としてロックインアンプ２に送信する。
【００２１】
車輪型距離センサ１４は、筐体１１の移動距離を検知し、マイコンボード（不図示）を経由して、制御ＰＣ３に距離信号（移動距離情報）を伝送する。すなわち、筐体１１を手で走査すると、車輪型距離センサ１４は、走査により移動した距離の情報を制御ＰＣ３に送信する。凹凸診断ユニット１６は、ターゲット表面の画像を撮像し、撮像画像に基づいて凹凸の程度を診断する。なお、凹凸診断ユニット１６については、後述する。
【００２２】
ロックインアンプ２は、電磁波検波器アレイ１３から送信された反射波強度（検知信号）を受信し、反射波強度を数値化して制御ＰＣ３に出力する。
【００２３】
制御ＰＣ３は、ロックインアンプ２から出力された反射波強度を入力するとともに、車輪型距離センサ１４から送信された移動距離情報を受信する。そして、制御ＰＣ３は、移動距離に合わせて電磁波検波器アレイ１３が検知した反射波強度値を、当該制御ＰＣ３の出力装置上に次々と描画する。これにより、ターゲット面表層内部の２次元透視画像をリアルタイムに表示（取得）することができる。なお、制御ＰＣ３の出力装置に表示される２次元透視画像については後述する。
【００２４】
次に、構造物表層部透視装置１について、さらに詳しく説明する。
【００２５】
図２は、構造物表層部透視装置１の概略構成図である。図示する構造物表層部透視装置１は、凹凸診断ユニット１６と、電磁波診断ユニット１７と、距離センサユニット１８と、を備える。なお、凹凸診断ユニット１６は、当該構造物表層部透視装置１の進行方向に対して、電磁波診断ユニット１７の前方に設置されるものとする。これにより、電磁波診断ユニット１７が透視するターゲット表面の凹凸構造を事前に分析し、分析した凹凸構造に適した周波数を決定することができる。
【００２６】
すなわち、コンクリートなどのターゲットの表面は、壁紙クロスや塗装などの被覆材で覆われていることが多い。また、コンクリートクラックの早期診断には、ミリメートル単位での精度が必要とされ、このミリメートル単位の大きさを検出するには、極めて小さい波長の電磁波が用いられる。したがって、電磁波の反射として得られる特徴も極めて小さい信号レベルである。被覆材の反射波への影響が無視できる程に小さい場合は問題ないが、電磁波の波長と同程度かそれ以上の大きさの被覆材の凹凸構造は、S／N比を劣化させ、反射波に甚大な影響を与える。そのため、被覆材の下のコンクリートに潜んでいるわずかな幅のクラック（劣化箇所）が存在するか否かを判定することは困難であり、クラックを見落としてしまうおそれがある。
【００２７】
一般に、周波数を下げると画像解像度は低下し、表面の凹凸構造による影響が少なくなる。しかしながら、解像度を下げすぎるとクラック等の劣化箇所を検知することができない。そこで、凹凸診断ユニット１６では、ターゲット表面の凹凸構造を事前に分析し、表面の凹凸構造が、反射波に影響を与えない範囲内で、最大の周波数を特定する。
【００２８】
図示する凹凸診断ユニット１６は、画像撮像装置３１と、分析装置３２と、制御装置３３と、関数テーブル３４と、を備える。画像撮像装置３１は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）カメラなどを用いて、ターゲットの表面の画像を撮像し、撮像した画像を分析装置３２に送出する。
【００２９】
そして、分析装置３２は、画像撮像装置３１からターゲットの表面の画像を受け付け、所定のエッジ検出アルゴリズムを用いて、画像中のエッジ含有率を算出し、ターゲット表面の凹凸の程度を定量化する。なお、画像エッジ検出アルゴリズムについては、例えば下記文献に記載されている。
【００３０】
「画像解析ハンドブック」，高木幹雄，下田陽久，東京大学出版会，ｐ553-556
画像エッジ検出アルゴリズムでは、ソベル（Sobel）フィルタなどの画像フィルタを用いて、エッジ（輪郭）を検出する。
【００３１】
本実施形態の分析装置３２では、例えば、ソベルフィルタを用いて検出したエッジのエッジ画素数ｎをカウントする。そして、分析装置３２は、エッジ画素数ｎを画像全体の画素数ｍで除算することにより、エッジ含有率ｎ/ｍ（定量化されたターゲット表面の凹凸の程度）を算出する。そして、分析装置３２は、算出したエッジ含有率を、制御装置３３に通知する。
【００３２】
制御装置３３は、分析装置３２が通知したエッジ含有率を受け付けると、関数テーブル３４を参照して受け付けたエッジ含有率に対応する周波数を特定する。
【００３３】
関数テーブル３４は、エッジ含有率毎に、当該エッジ含有率に対応する電磁波の周波数が設定されたテーブルである。例えば、ソベルフィルタのエッジ係数パラメータｋなるアルゴリズムにおいて、エッジ含有率ｎ/ｍが所定の閾値ａよりも小さくなるような最大のｋ’と、当該ｋ’値を与える表面凹凸の影響を受けないような（所定の分解能を充足する）電磁波の最大周波数ｆとの関数と、をあらかじめ実験を行うことにより取得しておくものとする。そして、取得した関数に、各エッジ含有率を投入し、各エッジ含有率に対応する周波数をそれぞれ算出する。そして、関数テーブル３４に、各エッジ含有率と、対応する周波数とを記憶しておく。
【００３４】
なお、関数テーブル３４に関数自体を記憶し、制御装置３３は、エッジ含有率を受け付けると、当該関数に受け付けたエッジ含有率を投入し、周波数を算出することとしてもよい。関数テーブル３４は、凹凸診断ユニット１６のメモリまたは外部記憶装置（不図示）にあらかじめ記憶されているものとする。
【００３５】
そして、制御装置３３は、特定した周波数を含む制御信号を電磁波診断ユニット１７に送出する。電磁波診断ユニット１７は、周波数信号を受け付けると、電磁波診断ユニット１７を起動してターゲットの診断を行う。なお、制御装置３３は、周波数を含む制御信号を電磁波診断ユニット１７に送出する際に、図示しないスピーカから電子音等を鳴らし、凹凸診断が完了したことを当該構造物表層部透視装置１の操作者に知らせることとしてもよい。
【００３６】
電磁波診断ユニット１７は、周波数切替器１５と、電磁波発生器１２と、電磁波検波器アレイ１３とを有する。周波数切替器１５は、凹凸診断ユニット１６から制御信号を受け付ける。そして、周波数切替器１５は、制御信号で指定された周波数に基づいて、電磁波発生器１２が発生する電磁波の周波数を制御（調整）する。
【００３７】
そして、電磁波発生器１２は、周波数切替器１５により制御された周波数の電磁波を、ターゲットに照射する。そして、電磁波検波器アレイ１３は、反射波によりターゲットの表層内部を透視し、ターゲットに発生したクラック等の劣化箇所を検知する。距離センサユニット１８の車輪型距離センサ１４は、構造物表層部透視装置１の移動距離を計測し、制御ＰＣ３に送信する。なお、距離センサユニット１８は、車輪型距離センサ１４以外の距離センサを用いて、移動距離を計測することとしてもよい。
【００３８】
次に、本実施形態の電磁波イメージングシステムを用いてコンクリートクラックを撮像した場合について、具体的に説明する。
【００３９】
図３に示すコンクリートの表面８１には、幅０．２ｍｍのクラック８２が発生している。そして、このコンクリートの表面８１に、表層カバー（被覆材）８４を被せた状態で、構造物表層部透視装置１がコンクリートを透視するものとする。なお、表層カバー８３の下のクラック８２は、可視光（目視、ＣＣＤカメラなど）では観察または検出することができないものとする。
【００４０】
まず、凹凸診断ユニット１６の画像撮像装置３１が、表層カバー８３（撮像領域８４）の画像を撮像する。
【００４１】
図４は、画像撮像装置３１が撮像した、３種類の表層カバー８３の画像サンプルである。図４（ａ）に示す第１の表層カバーは、防水加工等に用いられる塗装膜であって、表面の凹凸はほとんどない。図４（ｂ）に示す第２の表層カバーは、表面に紙ヤスリ数百番程度のザラつきのある壁紙であって、サブミリメートル規模の凹凸構造を有する。図４（ｃ）に示す第３の表層カバーは、「柚子皮仕上げ」と呼ばれる壁紙であって、表面に数ミリメートル規模の凹凸を有する。
【００４２】
そして、分析装置３２は、画像撮像装置３１から表層カバーの画像を受け付け、エッジ検出アルゴリズムを用いて、画像中のエッジを検出する。
【００４３】
図５は、分析装置３２が、図４に示す各画像に対し、ソベルフィルタのエッジ検出アルゴリズムを用いて検出したエッジの検出結果を示したものである。図５（ａ）は第１の表層カバー（図４（ａ）参照）、図５（ｂ）は第２の表層カバー（図４（ｂ）参照）、図５（ｃ）は第３の表層カバー（図４（ｃ）参照）のエッジ検出結果である。
【００４４】
なお、図示するエッジ検出結果は、Matlab7.0のImageToolkitに実装されているソベルフィルタのアルゴリズムを用いたものであって、エッジ係数パラメータkは「0.03」とした。図５（ｃ）に示す第３の表層カバー（柚子皮仕上げの壁紙）では、図５（ａ）、（ｂ）と比較して、エッジ量が多いことが一目で分かる。
【００４５】
そして、分析装置３２は、エッジ検出結果からエッジ画素数ｎをカウントする。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すエッジ画素数ｎは、それぞれ0個、145個、10,261個である。また、図示する画像全体の画素数ｍは、400×200=80,000画素である。分析装置３２は、画像のエッジ含有率ｎ/ｍ（0%，0.2%，12.9%）を算出し、表層カバーの凹凸の程度を定量評価する。そして、分析装置３２は、算出したエッジ含有率を、制御装置３３に通知する。制御装置３３は、関数テーブル３４を参照して、各エッジ含有率に適した周波数を特定し、電磁波診断ユニット１７に通知する。
【００４６】
ここで、エッジ係数パラメータkとエッジ含有率との関係を説明する。
【００４７】
図６は、この図４に示す３つの表層カバーのサンプル画像について、エッジ係数パラメータkと、エッジ含有率ｎ/ｍとの関係をプロットしたものである。エッジ含有率ｎ/ｍが「0」に近くなるときのkの値と、そのときに表面凹凸に影響を受けないような（所定の分解能を充足する）電磁波周波数fの関係とを実験によって取得すれば、例えば第３の表層カバー６３の状況のときに最適周波数が算出することができる。本実施形態では、エッジ係数パラメータkを「0.03」とし、この場合に、表面の凹凸に影響を受けないような電磁波周波数fの関数をあらかじめ取得し、関数テーブル３４に記憶しておくものとする。
【００４８】
そして、電磁波診断ユニット１７は、凹凸診断ユニット１６から通知された周波数のミリ波をコンクリートに照射し、コンクリートの透視を行う。すなわち、表層カバー８３上で、構造物表層部透視装置１を走査する。これにより、距離センサユニット１８は、移動距離情報を制御ＰＣ３に送信する。また、電磁波診断ユニット１７は、指示された周波数のミリ波を照射するとともに、当該ミリ波の反射波を検知する。そして電磁波診断ユニット１７が検知した反射波強度は、ロックインアンプ２によって数値化され、移動距離と同期をとって制御ＰＣ３の出力装置に２次元透視画像として表示される。
【００４９】
図７は、電磁波診断ユニット１７の電磁波発生器１２が、波長3mmの100GHz帯の電磁波を図３の撮像領域８４に照射した場合の２次元透視画像の一例である。図７（ａ）は、第１の表層カバー（図４（ａ）参照）を用いた場合の２次元透視画像である。図７（ｂ）は、第２の表層カバー（図４（ｂ）参照）を用いた場合の２次元透視画像である。図７（ｃ）は、第３の表層カバー（図４（ｃ）参照）を用いた場合の２次元透視画像である。なお、図示する各２次元透視画像では、縦軸が電磁波検波器アレイ１３の１６個の各素子各々検知した反射強度を、横軸が移動距離を示している。
【００５０】
図７（ａ）、（ｂ）に示す第１の表層カバーおよび第２の表層カバーの２次元透視画像では、波長3mmの100GHz帯の電磁波を照射することで、表層カバーの下のコンクリート表面内部に発生しているクラックの箇所を検知することができる。すなわち、電磁波診断ユニット１７は、波長3mmの100GHz帯の電磁波を用いることで、第１の表層カバーおよび第２の表層カバーを透過して、コンクリートに発生したサブミリメートル単位の微細なクラック８２を検出することができる。
【００５１】
一方、図７（ｃ）に示す第３の表層カバー（柚子皮仕上げの壁紙）の２次元透視画像では、3mmの100GHz帯の電磁波を照射した場合、表層カバーの凹凸が電磁波の反射に甚大に影響し、表層カバーの下のコンクリート表面内部に発生しているクラックの箇所を判断（検知）することができない。図７（ｃ）に示すような２次元透視画像の出力を回避するために、凹凸診断ユニットでは、周波数を下げることにより凹凸構造の影響を排除しつつ、かつ最大の周波数を決定し、決定した周波数を電磁波診断ユニット１７に送出する。
【００５２】
本実施形態によれば、構造物表面に存在する凹凸構造の影響を極力回避し、構造物に生じた劣化箇所をより高い精度で透視することができる。すなわち、本実施形態では、構造物表面の画像からエッジを検出して凹凸の程度を判定し、凹凸の程度に応じた周波数を選択し、当該周波数の電磁波を構造物に照射する。これにより、一定の画像解像度を維持しつつ、凹凸構造の影響を抑制した構造物透視画像を取得することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、ミリ波帯の電磁波を用いることにより、マイクロ波レーダや赤外線等では検知できないミリメートル幅の微細な構造物表層のクラックを検知することができる。また、本実施形態では、ミリ波帯の電磁波を用いて構造物を透視することにより、構造物を破壊することなく構造物に発生したクラックなどの劣化箇所を検出することができる。
【００５４】
また、本実施形態の構造物表層部透視装置１の電磁波診断ユニット１７は、ミリ波帯の電磁波を用いた反射型検知であるため、Ｘ線ＣＴのようにターゲットの後ろ側に検波器を設置する必要がない。これにより、簡素なシステム構成（装置の小型化）が可能であって、また、透視する構造物の適用領域（分野）を拡大することができる。
【００５５】
また、本実施形態の構造物表層部透視装置１は、片手で操作可能な大きさのハンディ型装置であるため、現場での可搬性に優れ、また、操作性も良い。
【００５６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、構造物表面の凹凸の程度を分析し、電磁波の周波数を決定する分析装置３２、制御装置３３および関数テーブル３４は、構造物表層部透視装置１の凹凸診断ユニット１６に搭載されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、これらの装置３２、３３、３４は、制御ＰＣ３に搭載されていてもよい。この場合、構造物表層部透視装置１の画像撮像装置３１は、撮像した画像を制御ＰＣ３に送信する。そして、制御ＰＣ３は、送信された画像を分析して当該画像に適した周波数を特定し、特定した周波数を構造物表層部透視装置１の周波数切替器１５に送信する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁波イメージングシステムの全体構成図である。
【図２】構造物表装部透視装置の概略構成図である。
【図３】コンクリートクラックの一例を示す図である。
【図４】表層カバーの画像サンプルを示す図である。
【図５】エッジ検出結果を示す図である。
【図６】エッジ係数パラメータと、エッジ含有率との関係を示す図である。
【図７】コンクリートクラックの２次元透視画像例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 構造物表層部透視装置
２ ロックインアンプ
３ 制御ＰＣ
１１ 筐体
１２ 電磁波発生器
１３ 電磁波検波器アレイ
１４ 車輪型距離センサ
１５ 周波数切替器
１６ 凹凸診断ユニット
１７ 電磁波診断ユニット
１８ 距離センサユニット
３１ 画像撮像装置
３２ 分析装置
３３ 制御装置
３４ 関数テーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミリ波帯の電磁波イメージングシステムであって、
構造物表面の画像を撮像する画像撮像装置と、
前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析装置と、
前記分析装置が分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する制御手段と、
ミリ波帯の電磁波を構造物に照射する電磁波発生装置と、
前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する１次元検波器アレイと、
移動距離を計測する距離センサと、
前記１次元検波器アレイが検出した反射波の強度を数値化する計測装置と、
前記距離センサが計測した移動距離と、前記計測装置が数値化した反射波強度とを対応付けた、構造物の透視イメージを表示する表示装置と、を備え、
前記電磁波発生装置は、前記制御手段が特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射すること
を特徴とする電磁波イメージングシステム。
【請求項２】
請求項１記載の電磁波イメージングシステムであって、
構造物表面の凹凸の程度と、当該凹凸の程度に対応する周波数とが設定された記憶装置を、さらに有し、
前記制御手段は、前記記憶装置を参照して、前記分析装置が分析した凹凸の程度に対応するミリ波帯の電磁波の周波数を特定すること
を特徴とする電磁波イメージングシステム。
【請求項３】
請求項１記載の電磁波イメージングシステムであって、
前記画像撮像装置、前記電磁波発生装置、前記１次元検波器アレイおよび前記距離センサは、ハンディ型の筐体に搭載され、
前記筐体の進行方向前方に前記画像撮像装置が設置されていること
を特徴とする電磁波イメージングシステム。
【請求項４】
ミリ波帯の電磁波イメージングシステムにおける構造物透視装置であって、
構造物表面の画像を撮像する画像撮像装置と、
前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析装置と、
前記分析装置が分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する制御手段と、
ミリ波帯の電磁波を、構造物に照射する電磁波発生装置と、
前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する１次元検波器アレイと、
当該構造物透視装置の移動距離を計測する距離センサと、を備え、
前記電磁波発生装置は、前記制御手段が特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射し、
前記１次元検波器アレイは、前記検知した反射波を計測装置に送信し、
前記距離センサは、前記計測した移動距離を表示装置に送信すること
を特徴とする構造物透視装置。
【請求項５】
ミリ波帯の電磁波イメージングシステムにおける構造物透視方法であって、
構造物表面の画像を撮像する画像撮像ステップと、
前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析ステップと、
前記分析ステップで分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する特定ステップと、
前記特定ステップで特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射する電磁波照射ステップと、
１次元検波器アレイを用いて、前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する反射波検知ステップと、
前記１次元検波器アレイが検出した反射波の強度を数値化する計測ステップと、
前記計測ステップで数値化した反射波強度を表示する表示ステップと、を行うこと
を特徴とする構造物透視方法。
【請求項１】
ミリ波帯の電磁波イメージングシステムであって、
構造物表面の画像を撮像する画像撮像装置と、
前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析装置と、
前記分析装置が分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する制御手段と、
ミリ波帯の電磁波を構造物に照射する電磁波発生装置と、
前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する１次元検波器アレイと、
移動距離を計測する距離センサと、
前記１次元検波器アレイが検出した反射波の強度を数値化する計測装置と、
前記距離センサが計測した移動距離と、前記計測装置が数値化した反射波強度とを対応付けた、構造物の透視イメージを表示する表示装置と、を備え、
前記電磁波発生装置は、前記制御手段が特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射すること
を特徴とする電磁波イメージングシステム。
【請求項２】
請求項１記載の電磁波イメージングシステムであって、
構造物表面の凹凸の程度と、当該凹凸の程度に対応する周波数とが設定された記憶装置を、さらに有し、
前記制御手段は、前記記憶装置を参照して、前記分析装置が分析した凹凸の程度に対応するミリ波帯の電磁波の周波数を特定すること
を特徴とする電磁波イメージングシステム。
【請求項３】
請求項１記載の電磁波イメージングシステムであって、
前記画像撮像装置、前記電磁波発生装置、前記１次元検波器アレイおよび前記距離センサは、ハンディ型の筐体に搭載され、
前記筐体の進行方向前方に前記画像撮像装置が設置されていること
を特徴とする電磁波イメージングシステム。
【請求項４】
ミリ波帯の電磁波イメージングシステムにおける構造物透視装置であって、
構造物表面の画像を撮像する画像撮像装置と、
前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析装置と、
前記分析装置が分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する制御手段と、
ミリ波帯の電磁波を、構造物に照射する電磁波発生装置と、
前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する１次元検波器アレイと、
当該構造物透視装置の移動距離を計測する距離センサと、を備え、
前記電磁波発生装置は、前記制御手段が特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射し、
前記１次元検波器アレイは、前記検知した反射波を計測装置に送信し、
前記距離センサは、前記計測した移動距離を表示装置に送信すること
を特徴とする構造物透視装置。
【請求項５】
ミリ波帯の電磁波イメージングシステムにおける構造物透視方法であって、
構造物表面の画像を撮像する画像撮像ステップと、
前記撮像した画像から構造物表面の凹凸の程度を分析する分析ステップと、
前記分析ステップで分析した凹凸の程度に応じてミリ波帯の電磁波の周波数を特定する特定ステップと、
前記特定ステップで特定した周波数のミリ波帯の電磁波を、構造物に照射する電磁波照射ステップと、
１次元検波器アレイを用いて、前記ミリ波帯の電磁波の反射波を検知する反射波検知ステップと、
前記１次元検波器アレイが検出した反射波の強度を数値化する計測ステップと、
前記計測ステップで数値化した反射波強度を表示する表示ステップと、を行うこと
を特徴とする構造物透視方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【図７】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図４】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１８３２２７（Ｐ２００７−１８３２２７Ａ）
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０４９（Ｐ２００６−３０４９）
【出願日】平成１８年１月１０日（２００６．１．１０）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１０日（２００６．１．１０）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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