特許 7426659 粒度分布の測定方法、粒度分布の測定装置、及び演算装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-25

(45)【発行日】2024-02-02

(54)【発明の名称】粒度分布の測定方法、粒度分布の測定装置、及び演算装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/0227 20240101AFI20240126BHJP

   G01N 23/046 20180101ALI20240126BHJP

【ＦＩ】

G01N15/02 B

G01N23/046

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020092533

(22)【出願日】2020-05-27

(65)【公開番号】P2021188968

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-03-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】507151858

【氏名又は名称】独立行政法人国立文化財機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】高木 寛之

(72)【発明者】

【氏名】村田 泰輔

【審査官】福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３３８０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５８０６７６５（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許第５４３０２９１（ＵＳ，Ａ）

【文献】CARNIBELLA R.P. et al.，Determining particle size distributions from a single projection image，OPTICS EXPRESS，2012年06月28日，Vol.20,No.14，pp.15962-15968

【文献】天明 敏行 他，Ｘ線ＣＴ法による骨材の粒度分布の評価方法，土木学会第６４回年次学術講演会（平成２１年９月），2009年，917-918頁

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １５／０２

Ｇ０１Ｎ ２３／０４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粒度分布未知の粒体の粒度分布を測定する粒度分布の測定方法であって、
粒体により構成される対象試料の第１ＣＴ画像を取得する画像取得ステップと、
取得した前記第１ＣＴ画像を所定のグリッドに分割することで関心領域を指定し、ＣＴ値についての前記グリッド毎のグリッド統計値及び前記第１ＣＴ画像全体の全体統計値を含む第１統計値を算出する統計値算出ステップと、
粒度既知の粒体により構成される標準試料の第２ＣＴ画像において、前記第１統計値に含まれる前記グリッド統計値及び前記全体統計値と同種のグリッド統計値及び全体統計値を含む第２統計値と、前記第１統計値とに基づき、前記対象試料中の前記粒体の粒度分布を測定する粒度分布測定ステップを含む測定ステップと、を有する
粒度分布の測定方法。

【請求項2】

前記粒度分布測定ステップは、前記第１統計値と、前記第２統計値と粒度との相関と、の比較により、前記粒度分布を測定する
請求項１に記載の粒度分布の測定方法。

【請求項3】

前記グリッド統計値は、ＣＴ値の最大値、最小値、平均値又は分散の少なくとも１つを含み、
前記全体統計値は、前記第１ＣＴ画像全体での前記分散の偏差、又は、前記第１ＣＴ画像全体での前記分散の平均の少なくとも１つを含み、
前記相関は、前記ＣＴ値の平均値と粒度との第１相関、前記ＣＴ値の最大値と粒度との第２相関、前記ＣＴ値の前記分散の偏差と粒度との第３相関、前記分散の平均と粒度との第４相関、のうちの少なくともいずれか１つを含む
請求項２に記載の粒度分布の測定方法。

【請求項4】

前記第２ＣＴ画像を得るためのＸ線ＣＴ時のＸ線の第２エネルギよりも低い第１エネルギでのＸ線によるＸ線ＣＴによって前記第１ＣＴ画像を得る撮影ステップを含み
前記粒度分布測定ステップは、前記第１エネルギのＸ線によって得られた前記第１ＣＴ画像における前記第１統計値と、前記第２エネルギのＸ線によって得られた前記第２ＣＴ画像における前記第２統計値とに基づき、前記粒度分布を測定する
請求項１～３の何れか１項に記載の粒度分布の測定方法。

【請求項5】

前記粒度分布測定ステップは、前記第１統計値と、前記標準試料についての前記第１エネルギのＸ線によって得られた第３ＣＴ画像での第３統計値とに基づき前記粒度分布を一次測定し、一次測定された前記粒度分布について、更に、前記第２ＣＴ画像での前記第２統計値に基づいて、前記粒度分布の二次測定を行う
請求項４に記載の粒度分布の測定方法。

【請求項6】

前記統計値算出ステップは、前記グリッドを異なる大きさになるように複数回行われ、
前記異なる大きさのグリッドに基づき取得された複数の前記第１統計値に基づき、前記グリッドの大きさ以上の粒度を有する介在物を除外する除外ステップを含む
請求項１～３の何れか１項に記載の粒度分布の測定方法。

【請求項7】

前記統計値算出ステップは、前記第１ＣＴ画像において前記対象試料中の前記粒体を指定し、指定した部分への領域成長法の適用によって前記第１ＣＴ画像での関心領域を指定する
請求項１～３の何れか１項に記載の粒度分布の測定方法。

【請求項8】

前記粒体は土壌を含む
請求項１～３の何れか１項に記載の粒度分布の測定方法。

【請求項9】

前記測定ステップは、前記粒体の含水率を測定する含水率測定ステップを含む
請求項８に記載の粒度分布の測定方法。

【請求項10】

前記含水率測定ステップは、前記第１統計値と、前記第２統計値と含水率との相関と、の比較により、前記含水率を測定する
請求項９に記載の粒度分布の測定方法。

【請求項11】

前記グリッド統計値は、ＣＴ値の最大値、最小値、平均値又は分散の少なくとも１つを含み、
前記全体統計値は、前記第１ＣＴ画像全体での前記分散の偏差、又は、前記第１ＣＴ画像全体での前記分散の平均の少なくとも１つを含み、
前記相関は、前記ＣＴ値の分散の偏差と含水率との第５相関、前記ＣＴ値の平均値と含水率との第６相関、又は、前記ＣＴ値の最小値と粒度との第７相関、のうちの少なくともいずれか１つを含む
請求項１０に記載の粒度分布の測定方法。

【請求項12】

粒度分布未知の粒体の粒度分布を測定する粒度分布の測定装置であって、
粒体により構成される対象試料の第１ＣＴ画像を取得する画像取得部と、取得した前記第１ＣＴ画像を所定のグリッドに分割することで関心領域を指定し、ＣＴ値についての前記グリッド毎のグリッド統計値及び前記第１ＣＴ画像全体の全体統計値を含む第１統計値を算出する統計値算出部と、粒度既知の粒体により構成される標準試料の第２ＣＴ画像において、前記第１統計値に含まれる前記グリッド統計値及び前記全体統計値と同種のグリッド統計値及び全体統計値を含む第２統計値と、前記第１統計値とに基づき、前記対象試料中の前記粒体の粒度分布を測定する粒度分布測定部を含む測定部とを具備する演算装置と、
Ｘ線ＣＴ装置と、を備える
粒度分布の測定装置。

【請求項13】

粒度分布未知の粒体の粒度分布を解析する演算装置であって、
粒体により構成される対象試料の第１ＣＴ画像を取得する画像取得部と、
取得した前記第１ＣＴ画像を所定のグリッドに分割することで関心領域を指定し、ＣＴ値についての前記グリッド毎のグリッド統計値及び前記第１ＣＴ画像全体の全体統計値を含む第１統計値を算出する統計値算出部と、
粒度既知の粒体により構成される標準試料の第２ＣＴ画像において、前記第１統計値に含まれる前記グリッド統計値及び前記全体統計値と同種のグリッド統計値及び全体統計値を含む第２統計値と、前記第１統計値とに基づき、前記対象試料中の前記粒体の粒度分布を測定する粒度分布測定部を含む測定部とを具備する
演算装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粒度分布の測定方法、粒度分布の測定装置、及び演算装置に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線を用いた粒体の粒度分布の測定技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、媒液中に被測定粉粒体を分散させてなる懸濁液を試料セル内で沈降させ、その沈降過程における懸濁液濃度の経時的変化を検出して、ストークスの抵抗則に基づいて被測定粉粒体の粒度分布を求める装置において、Ｘ線源と、そのＸ線源からのＸ線の上記試料セル透過線量を検出するためのＸ線検出器と、可視光源と、その可視光源からの光の上記試料セル透過光表を検出するための光検出器と、上記Ｘ線源と可視光源のいずれかを選択駆動するための選択手段と、その選択手段による選択動作と連動し、上記Ｘ線検出器及び光検出器の出力信号のうちの対応する信号を上記懸濁液濃度の検出信号として採用するための信号切替スイッチを備えた粒度分布測定装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平２－５５９３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載の技術では、懸濁液に分散された粒体について粒度分布が測定される。このため、評価サンプル中の一部分のみに対する抜き取り評価となることから、評価結果がサンプルの属性を十分に評価できているか信頼性に課題が生じる場面が生じうる。従って、従来手法では不可逆的な破壊検査となること、及び、１検体に対する測定時間が長いことが課題である。即ち、非破壊で高速に粒体の粒度分布を測定する技術が望まれる。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、非破壊で粒度分布を高速に測定可能な粒度分布の測定方法、粒度分布の測定装置、及び演算装置の提供である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、粒度分布未知の粒体の粒度分布を測定する粒度分布の測定方法であって、粒体により構成される対象試料の第１ＣＴ画像を取得する画像取得ステップと、取得した前記第１ＣＴ画像を所定のグリッドに分割することで関心領域を指定し、ＣＴ値についての前記グリッド毎のグリッド統計値及び前記第１ＣＴ画像全体の全体統計値を含む第１統計値を算出する統計値算出ステップと、前記第１統計値と、粒度既知の粒体により構成される標準試料の第２ＣＴ画像において、前記第１統計値に含まれる前記グリッド統計値及び前記全体統計値と同種のグリッド統計値及び全体統計値を含む第２統計値とに基づき、前記対象試料中の前記粒体の粒度分布を測定する粒度分布測定ステップを含む測定ステップと、を有する粒度分布の測定方法に関する。その他の解決手段は発明を実施するための形態において後記する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、非破壊で粒度分布を高速に測定可能な粒度分布の測定方法、粒度分布の測定装置、及び演算装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態の粒度分布の測定方法を示すフローチャートである。

【図2】第１実施形態の粒度分布の測定装置及びそれに備えられる演算装置のブロック図である。

【図3】第１実施形態の粒度分布の測定方法を説明する概略図である。

【図4】礫と砂との境界でＣＴ値の平均値変化を説明する図である。

【図5】対象試料の第１統計値と標準試料の第２統計値とを比較する図である。

【図6】地層深さに対するＣＴ値の最大値変化を示すグラフである。

【図7】地層深さに対するＣＴ値の標準偏差の平均の変化を示すグラフである。

【図8】地層深さに対するＣＴ値の分散変化を示すグラフである。

【図9】地層深さに対するＣＴ値の平均値変化を示すグラフである。

【図10】地層深さに対するＣＴ値の最小値変化を示すグラフである。

【図11】第２実施形態の粒度分布の測定方法を示すフローチャートである。

【図12】対象試料の第１統計値と標準試料の第２統計値とを比較する図であって、複数のグリッドを含む場合の図である。

【図13】１ＭｅＶでのＸ線ＣＴによる第１統計値と９ＭｅＶでのＸ線ＣＴによる第１統計値との差異を説明するグラフである。

【図14】対象試料の第１統計値と標準試料の第３統計値及び第２統計値とを比較する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を実施するための形態（第１実施形態）を説明する。ただし、本発明は以下の内容及び図示の内容になんら限定されず、本発明の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形して実施できる。本発明は、異なる実施形態同士を組み合わせて実施できる。以下の記載において、異なる実施形態において同じ部材については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。また、同じ機能のものについては同じ名称を使用し、重複する説明は省略する。

【0010】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の粒度分布の測定方法（以下、単に「第１実施形態の測定方法」という）を示すフローチャートである。また、図２は、第１実施形態の粒度分布の測定装置１０００及びそれに備えられる演算装置５０のブロック図である。第１実施形態の測定方法は、例えば、図２に示す測定装置１０００によって実行できる。そこで、図２を適宜参照しながら、図１の説明を行う。

【0011】

なお、演算装置５０は、いずれも図示はしないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）等を備えて構成される。そして、演算装置５０は、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

【0012】

第１実施形態の測定方法は、粒度分布未知の粒体の粒度分布を測定するものである。粒体は、様々な粒度（粒子の大きさ）を有する粒子の混合物である。粒体は、例えば、塊状の土壌、容器に収容された金属の粉粒体等である。例えば土壌は、様々な粒度の土の粒子を含む。また、例えば金属は、様々な粒度の金属粒子を含む。金属は、例えば、３Ｄプリンタに使用可能な粒体である。以下では、対象試料を構成する粒体は、一例として土壌を含む。土壌を含むことで、土壌に含まれる土の粒子の粒度分布を測定できる。

【0013】

第１実施形態の測定方法は、撮影ステップＳ１と、画像取得ステップＳ２と、統計値算出ステップＳ３と、測定ステップＳ４とを含む。測定ステップＳ４は、粒度分布測定ステップＳ４１と、含水率測定ステップＳ４２とを含む。第１実施形態では、一例として、粒度分布に加えて含水率も測定される。

【0014】

撮影ステップＳ１は、第２ＣＴ画像１１（図３参照。後記する）取得のための第２エネルギと同じエネルギの第１エネルギでのＸ線ＣＴ（コンピュータ断層撮影）によって、対象試料の内部断面を撮影するものである。対象試料の撮影により、粒体の断面を含む第１ＣＴ画像１０（図３参照）が得られる。撮影は、いずれも図２に示すように、演算装置５０に備えられる撮影部５１がＸ線ＣＴ装置１００を制御することで行うことができる。

【0015】

画像取得ステップＳ２は、Ｘ線ＣＴ装置１００によって撮影された第１ＣＴ画像１０（図３参照）を演算装置５０が取得するものである。画像取得ステップＳ２は、演算装置５０に備えられる画像取得部５２によって実行できる。取得した第１ＣＴ画像１０に基づき、内部断面における粒体の粒度分布が測定される。

【0016】

統計値算出ステップＳ３は、取得した第１ＣＴ画像１０（図３参照）を所定のグリッドに分割することで関心領域を指定し、ＣＴ値についてのグリッド毎のグリッド統計値及び第１ＣＴ画像１０全体の全体統計値を含む第１統計値を算出するものである。統計値算出ステップＳ３は、演算装置５０に備えられる統計値算出部５３によって実行できる。統計値算出ステップＳ３について、図３を参照しながら説明する。

【0017】

図３は、第１実施形態の粒度分布の測定方法を説明する概略図である。図３では、第２ＣＴ画像１１，１２は実際のＣＴ画像ではなく模式的に図示されたものである。統計値算出部５３（図２参照）は、図示の例では、画素サイズ０．２ｍｍで再構成した第１ＣＴ画像１０を、２．０ｍｍ×２．０ｍｍのグリッド状の関心領域２０に分割する。このとき、１グリッド内には１００画素ずつが配置される。ＣＴ値は、画素毎に決定される。

【0018】

統計値算出部５３は、第１統計値を算出する。第１統計値は、上記のように、ＣＴ値についてのグリッド毎のグリッド統計値と、第１ＣＴ画像１０全体の全体統計値とを含む。グリッド統計値は、例えば、各グリッドにおける１００画素についての最大値、最小値、平均値又は分散の少なくとも１つを含む。第１ＣＴ画像１０全体の全体統計値は、例えば、１グリッド内の分散の１断面分の偏差（第１ＣＴ画像１０全体での分散の偏差）、１グリッド内の分散の１断面分の平均（第１ＣＴ画像１０全体での分散の平均）の少なくとも１つを含む。以下、説明の簡略化のために、「１グリッド内の分散の１断面分の偏差」を単に「分散の偏差」といい、「１グリッド内の分散の１断面分の平均」を単に「分散の平均」という。

【0019】

第１統計値について、例えばＣＴ値の平均値は有限領域内の平均密度値をよく表す。そして、平均密度値は粒度の大小と正の相関を持つ傾向がある。例えば、２ｍｍより大きな粒度を持つ土は平均密度値が大きな礫（砂利）、２ｍｍ以下の粒度を持つものは平均密度値が小さな砂に区分される。従って、２ｍｍのグリッドを用いた場合、礫と砂との境界でＣＴ値の平均値が変化する。

【0020】

図４は、礫と砂との境界でＣＴ値の平均値変化を説明する図である。第１ＣＴ画像１０には、中粒の礫４５及び細粒の礫４６が含まれる。関心領域２０において、閾値３２より平均値（即ち大きな密度）を持つグリッドには、グリッドサイズ以上即ち粒度２ｍｍ以上の礫４５，４６が含まれていると判断できる。密度がそれほど大きくなく、閾値３２を上回るグリッドが１グリッドのみで、そのグリッドの分散（バーの長さ）が拡大しているグリッドである領域３１には、細粒の礫４６が存在すると判断できる。さらに、閾値３２を上回るグリッドが２グリッドである領域３０には、中粒の礫４５が存在すると判断できる。

【0021】

図３に戻って、以上の点は、粒度既知の粒体により構成される標準試料の第２ＣＴ画像１１において、第１統計値に含まれるグリッド統計値及び全体統計値と同種のグリッド統計値及び全体統計値を含む、粒度に関する第２統計値に対しても同様である。即ち、粒度を意図的に変化させた標準試料について、第２ＣＴ画像１１に基づき、第１統計値の算出と同様に第２統計値が算出される。算出された第２統計値は標準試料ＤＢ５５（図１参照）に記録される。そして、第２統計値と、粒度未知の第１統計値との比較により、対象試料の粒度を測定できる。

【0022】

また、第１実施形態では、含水率既知の粒体により構成される標準試料の第２ＣＴ画像１２においても、同様に含水率に関する第２統計値が算出される。含水率を意図的に変化させた標準試料について第１統計値の算出と同様に第２統計値が算出される。算出された第２統計値は標準試料ＤＢ５５（図１参照）に記録される。そして、第２統計値と含水率未知の第１統計値との比較により、対象試料の含水率を測定できる。

【0023】

第１ＣＴ画像１０では、大規模な空隙及び大粒の礫等の土質以外の介在物が含まれることがある。このため、土質の粒度等の評価時には介在物の密度レンジが大きくことなり、土質の評価結果に対して介在物はノイズ成分となりうる。土壌中の貝殻等その存在自体が当該土質の歴史的評価結果に意味をもたらす場合もあるが、土質自体の評価分析を効率的に行うためには、所定の密度レンジから外れたこれらの領域の除外が好ましい。

【0024】

そこで、第１実施形態では、統計値算出部５３は、第１ＣＴ画像１０において対象試料中の粒体を指定し、指定した部分への領域成長法の適用によって第１ＣＴ画像１０での関心領域２０を指定する。このようにすることで、空隙及び大粒の礫等の介在物が除外された関心領域２０において粒度分布を測定でき、多段数撮影による大量のＣＴ画像から土質のみを効率的に評価分析できる。

【0025】

図１に戻って、測定ステップＳ４は、第１統計値と第２統計値とに基づき、対象試料中の粒体の粒度分布を測定する粒度分布測定ステップＳ４１と、粒体の含水率を測定する含水率測定ステップＳ４２とを含む。粒度分布測定ステップＳ４１は、演算装置５０の測定部５４のうち粒度分布測定部５４ａによって実行できる。含水率測定ステップＳ４２は、演算装置５０の測定部５４のうち含水率測定部５４ｂによって実行できる。粒度分布測定ステップＳ４１により、ＣＴ断面における粒子の粒度分布を測定できる。即ち、グリッド毎に粒度を測定することで、ＣＴ断面での粒度分布を測定できる。また、含水率測定ステップＳ４２により、ＣＴ断面における含水率を測定できる。

【0026】

第１実施形態では、粒度分布測定ステップＳ４１は、第１統計値と、予め定められた第２統計値と粒度との相関との比較により、対象試料の粒度分布を測定する。また、含水率測定ステップＳ４２は、第１統計値と、予め定められた第２統計値と粒度との相関と、の比較により、含水率を測定する。この点について図５を参照して説明する。

【0027】

図５は、対象試料の第１統計値と標準試料の第２統計値とを比較する図である。第１統計値は、上記のように、ＣＴ値の平均値、最大値、最小値、分散、分散の偏差及び分散の平均のうちの少なくとも１つを含む。そして、対象試料について、図示の例では、平均値と分散の偏差との関係、最大値と分散の平均との関係、平均値と分散の偏差との関係、及び、最小値と分散の偏差との関係が決定される。これらを含む第１統計値は、第１ＣＴ画像１０（図３参照）に基づいて決定される。

【0028】

標準試料に関する第２統計値も、上記のように、平均値、最大値、最小値、分散、分散の偏差及び分散の平均のうちの少なくとも１つを含む。そして、標準試料について、第１統計値に対応する関係、即ち、平均値と分散の偏差と粒度との関係、最大値と分散の平均と粒度の関係、平均値と分散の偏差と含水率との関係、及び、最小値と分散の偏差と含水率との関係が標準試料ＤＢ５５（図２参照）に記録されている。これらを含む第２統計値は、第２ＣＴ画像１１，１２（図３参照）により決定できる。

【0029】

即ち、標準試料ＤＢ５５には、ＣＴ値の平均値と粒度との第１相関（関係の一形態。以下同じ）、ＣＴ値の最大値と粒度との第２相関、ＣＴ値の分散の偏差と粒度との第３相関、分散の平均と粒度との第４相関、のうちの少なくともいずれか１つを含む相関が記録される。最小値を含む相関が記録されてもよい。第１相関、第２相関、第３相関又は第４相関により、ＣＴ値の平均値、最大値、最小値、分散の偏差、又は分散の平均に基づいて、粒度分布を測定できる。

【0030】

また、標準試料ＤＢ５５には、ＣＴ値の分散の偏差と含水率との第５相関、前記ＣＴ値の平均値と含水率との第６相関、又は、前記ＣＴ値の最小値と粒度との第７相関、のうちの少なくともいずれか１つを含む相関が記録される。最大値を含む相関が記録されてもよい。第５相関、第６相関又は第７相関により、含水率を測定できる。

【0031】

標準試料ＤＢ５５に記録された相関の具体的な決定方法について説明する。

【0032】

標準試料として、粒度が大中小の３群、含水率が高中低の３群に対し、それぞれ９検体ずつ、人工的なもの及び自然界に実在しているものを併せて８１検体程の適当数が用意される。即ち、粒度が大で含水率が高の検体、粒度が大で含水率が中の検体、粒度が大で含水率が低の検体、粒度が中で含水率が高の検体、粒度が中で含水率が中の検体、粒度が中で含水率が低の検体、粒度が小で含水率が高の検体、粒度が小で含水率が中の検体、粒度が小で含水率が低の検体の９検体である。そして、それぞれについて、第２統計値、粒度及び含水率が必要に応じて破壊的な従来手法により測定される。測定された第２統計値、粒度及び含水率がに基づき上記相関が決定され、標準試料ＤＢ５５に記録される。

【0033】

粒度分布測定ステップＳ４１（図１参照）では、対象試料について決定された第１統計値のプロットが、標準試料ＤＢ５５に記録された相関と比較される。比較により、プロットが位置する粒度及び含水率が決定でき、対象試料の粒度及び含水率がプロットが位置する粒度及び含水率と判断できる。

【0034】

なお、第１実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置１００（図２参照）により撮影された断面ごとの評価が行われる。また、断面内を例えば１０分割程度の領域に区切ることで、同一断面内における粒度及び含水率の差異を評価できる。

【0035】

図６は、地層深さに対するＣＴ値の最大値変化を示すグラフである。対象試料が地層のボーリングコアのような断面単位で長期間の履歴が記録される場合、各地層に対してＣＴ撮影を行うことで、図６の白抜きプロットで示すように、１断面毎にＣＴ値の最大値（即ちＣＴ断面での密度値）が算出される。最大値の算出により、粒度が大きい砂が含まれる堆積領域と、そうでない領域とを判別できる。

【0036】

図６の例では、同一のボーリングコアに対して地層深さ毎にＸ線ＣＴが行われ、算出されたＣＴ値の最大値が地層深さ毎にプロットされる。グラフに示すように、地層深さ７００ｍｍ以上の領域で１断面内のＣＴ値の最大値（密度値）が有意に上昇している。ここで、グリッドの大きさは第１実施形態では２ｍｍである。従って、７００ｍｍ以上の領域では、粒度が大きい２ｍｍ以上の砂（即ち礫）が含まれる領域と判断できる。一方で、地層深さ７００ｍｍ未満の領域では、粒度が大きい２ｍｍ以上の砂を含まない領域と判断できる。このように、２ｍｍのグリッドを適用することで、粒度２ｍｍより大きい砂（即ち礫）の存在を際立たせて評価できる。

【0037】

図７は、地層深さに対するＣＴ値の標準偏差の平均の変化を示すグラフである。図７に示すグラフは、上記の図６のグラフの作成時に取得した第１ＣＴ画像１０（図３参照）に基づき作成したものである。グリッド内の有限領域よりも小さい範囲で、ある程度粒度が大きな粒体を含む対象試料において、含水率が低い場合、対象試料は比重０の空隙を多く含むためＣＴ値の分散と粒度とは正の相関を持つ傾向が強い。即ち、粒度が大きいほど粒度間に空隙が存在し易くなって空隙が増えるため、分散、即ち標準偏差の平均が大きくなる傾向がある。このようにＣＴ画像中のＣＴ値に対する複数の統計値を計算し、それらの相関を用いることで、ＣＴ装置の空間分解能の制限及び密度分解能の限界によりＣＴ画像中の輝度値及び形状に基づくのみでは評価が困難であった、試料中の粒度及び含水率を評価できる。

【0038】

図７に示すように、地層深さ７００ｍｍ以上の領域で大きくなるように標準偏差の平均、即ち分散が変化する。このため、地層深さ７００ｍｍ以上の領域で粒度が大きい２ｍｍ以上の砂を多く含むと判断できる。この結果は、図６に示したように、最大値に基づく判断と同じ結果を示している。従って、例えば、最大値に基づく判断および標準偏差の平均に基づく判断を行うことで、判断制度を向上できる。

【0039】

一方で、含水率が高い場合、比重１の水が比重０の空隙間に浸入する。このため、密度１以上の土成分との乖離幅が小さくなり、ＣＴ値の分散と含水率とは負の相関を持つ。同様に、比重０の空気が比重１の水に置換されるため、グリッド内のＣＴ値の平均値は含水率に対して正の相関を持つ。更には、含水率が高くなるにつれて、最小密度の比重０の空気が比重１の水に置換され、１断面内のＣＴ値の最小値が増加する傾向が生じる。これらの点を見極めるため、分散（標準偏差の平均）、平均値及び最小値のそれぞれに基づいて評価するのが好適である。含水率が場合について、図８～図１０を参照して説明する。

【0040】

図８は、地層深さに対するＣＴ値の分散変化を示すグラフである。地層深さ７００ｍｍ未満の領域では分散が小さく、地層深さ７００ｍｍ以上の領域では分散が大きい。従って、図８の結果に基づけば、分散が小さな地層深さ７００ｍｍ未満で含水率が高いと判断できる。

【0041】

図９は、地層深さに対するＣＴ値の平均値変化を示すグラフである。図９に示すグラフは、上記の図８のグラフの作成時に取得した第１ＣＴ画像１０（図３参照）に基づき作成したものである。平均値は、地層深さ３００ｍｍ未満で大きく、地層深さ３００ｍｍ以上では小さい。従って、図９の結果に基づけば、平均値が大きなる地層深さ３００ｍｍ未満で含水率が高いと判断できる。

【0042】

図９において、地層深さ７００ｍｍ～８００ｍｍにおいて平均値が高い。しかし、上記の図８では、地層深さ７００ｍｍ～８００ｍｍにおいて分散に大きな変化がない。このため、地層深さ７００ｍｍ～８００ｍｍにおいて含水率に大きな変化はなく、この領域での平均値の変化は、粒度が大きな砂に起因するものと考えられる。

【0043】

図１０は、地層深さに対するＣＴ値の最小値変化を示すグラフである。図１０に示すグラフは、上記の図８のグラフの作成時に取得した第１ＣＴ画像１０（図３参照）に基づき作成したものである。最小値は、地層深さ３００ｍｍ未満である程度大きく、地層深さ３００ｍｍ以上ではある程度小さい。従って、図１０の結果に基づけば、最小値が大きな地層深さ３００ｍｍ未満で含水率が高いと判断できる。

【0044】

そして、図８～図１０の結果を総合すると、地層深さ３００ｍｍ未満で含水率が高く、地層深さ３００ｍｍ以上で含水率が低いと判断できる。

【0045】

以上のように、第１実施形態では、予め標準試料（粒度及び含水量既知）のＸ線ＣＴにより第２ＣＴ画像１１，１２（図３参照）を取得し、第２ＣＴ画像１１，１２において有限の関心領域２０（図３参照）に区切ることで、第２統計値が算出される。一方で、対象試料（粒度及び含水量未知）のＸ線ＣＴにより第１ＣＴ画像１０（図３参照）を取得し、第１ＣＴ画像１０において第２ＣＴ画像１１，１２と同様に関心領域２０に区切ることで、第１統計値が算出される。そして、第１統計値と第２統計値とを比較することで、粒度既知の標準試料に基づく第２統計値により、対象試料の粒度及び含水量を非破壊で定量的に高速で測定できる。これにより、第１ＣＴ画像１０における粒体の粒度分布を測定できるとともに、含水率を測定できる。非破壊の測定により、大量のボーリングコア及び工業用金属粉末を自動的かつ大量に処理できる。

【0046】

また、例えばボーリングコアに対する粒度分布及び含水率（空隙率）は、土壌堆積物の土性を反映する。土性は例えば土性三角図により表現され、土壌は例えば礫、泥、砂、粘度、及びシルトに区分できる。また、エントレインメント挙動評価に際して、エントレインメント挙動は土性によっても変化する。そして、ニュートン、ストークス等による物質の移動に関わる研究成果のもと、地質学、土木工学的な実験の蓄積によって求められた粒子の流動又は沈降及び堆積のエントレイメント曲線への土性の応用により、対象試料の撮影断面が形成されたときの河床の流速を予測できる。即ち、ボーリングコアのような堆積システムを堆積深さの単位により粒度を評価することで、定量的に年代ごとの河床の流速を予測できる。

【0047】

そして、一定の地域内における多数の対象試料について河床の流速予測により、当該地域での災害履歴を推定するための重要な定量的データを取得できる。これにより、地域の防災計画の策定に好適な重要な指針となる定量的なデータを得ることができる。

【0048】

＜第２実施形態＞
図１１は、第２実施形態の粒度分布の測定方法を示すフローチャートである。上記の第１実施形態の統計値算出ステップＳ３（図１参照）では、第１ＣＴ画像１０及び第２ＣＴ画像１１，１２について２ｍｍ×２ｍｍの大きさのグリッドに分割した。しかし、第２実施形態では、統計値算出ステップＳ３は、グリッドを異なる大きさになるように複数回行われる。具体的には、第１ＣＴ画像１０及び第２ＣＴ画像１１，１２について２ｍｍ×２ｍｍに加え、１ｍｍ×１ｍｍ及び４ｍｍ×４ｍｍに更に分割し、各大きさのグリッド（３種類）を用いて同じ処理が３回繰り返される。

【0049】

そして、第２実施形態の測定方法は、異なる大きさのグリッドに基づき取得された複数の第１統計値に基づき、グリッドの大きさ以上の粒度を有する介在物を除外する除外ステップＳ５を含む。具体的な方法は、上記図３及び図４に参照しながら説明した方法と同様である。このようにすることで、例えば１ｍｍ×１ｍｍのグリッドであれば粒度１ｍｍの砂、例えば４ｍｍ×４ｍｍのグリッドであれば粒度４ｍｍの砂の存在を際立たせて評価できる。そして、際立たせて評価した砂等の介在物に基づき介在物を除外でき、粒体の粒度分布の測定精度を向上できる。

【0050】

図１２は、対象試料の第１統計値と標準試料の第２統計値とを比較する図であって、複数のグリッドを含む場合の図である。第２実施形態では、第１ＣＴ画像１０の各グリッドに対して同じ処理が３回繰り返されるため、得られる第１統計値のプロットが３つになる。具体的には、図１２において、プロットＡはグリッド１ｍｍ×１ｍｍにおけるもの、プロットＢはグリッド２ｍｍ×２ｍｍにおけるもの、プロットＣはグリッド４ｍｍ×４ｍｍにおけるものである。一方で、領域Ｄはグリッド１ｍｍ×１ｍｍにおけるもの、領域Ｅはグリッド２ｍｍ×２ｍｍにおけるもの、領域Ｆはグリッド４ｍｍ×４ｍｍにおけるものである。そして、プロットＡ，Ｂ，Ｃが、粒度及び含水率のそれぞれについて第２統計値の領域Ｄ，Ｅ，Ｆと比較される。

【0051】

比較の結果、各領域Ｄ，Ｅ，Ｆにおいて標準試料の第２統計値との間で必要に応じて内挿又は外挿を行うことで、対象試料の粒度及び含水率を測定できる。これにより、粒度分布及び含水率の測定精度を向上できる。

【0052】

＜第３実施形態＞
第１実施形態では、第１ＣＴ画像１０を取得するためのＸ線ＣＴに使用するＸ線の第１エネルギと、第２ＣＴ画像１１，１２を取得するためのＸ線ＣＴに使用するＸ線の第２エネルギとは同じ（いずれも例えば９ＭｅＶ）であった。しかし、第３実施形態では、撮影ステップＳ１（図１参照）は、第２エネルギよりも低い第１エネルギでのＸ線によるＸ線ＣＴによって第１ＣＴ画像１０を得る。そして、粒度分布測定ステップＳ４１（図１参照）は、第１エネルギのＸ線によって得られた第１ＣＴ画像１０における第１統計値と、第２エネルギのＸ線によって得られた第２ＣＴ画像１１，１２における第２統計値とに基づき、対象試料中の粒体の粒度分布を測定する。このようにすることで、簡便に撮影可能な低エネルギの第１エネルギのＸ線ＣＴによって、粒度分布を簡便に測定できる。

【0053】

ここでいう第２エネルギよりも低い第１エネルギは、比較的エネルギが低いが設置場所の多いＸ線ＣＴ装置１００（図２参照）のエネルギである例えば１ＭｅＶである。また、ここでいう第２エネルギは、例えば、統計精度が高いが設置場所が限られるＸ線ＣＴ装置１００（図２参照）のエネルギである例えば９ＭｅＶである。従って、１ＭｅＶという比較的低エネルギのＸ線ＣＴにより得られた第１ＣＴ画像１０では、撮影が簡単であるが、Ｘ線量が９ＭｅＶと比べて２桁以上低いため、統計誤差が大きくなる。

【0054】

図１３は、１ＭｅＶでのＸ線ＣＴによる第１統計値と９ＭｅＶでのＸ線ＣＴによる第１統計値との差異を説明するグラフである。図１３のグラフは、Ｘ線ＣＴに使用したＸ線のエネルギが異なること以外は同じ条件で撮影して得られたものである。実線は９ＭｅＶのＣＴ画像に基づき得られた分散、点線は１ＭｅＶのＣＴ画像に基づき得られた分散を示すグラフである。地層深さ７００ｍｍ及び９５０ｍｍ前後では、実線のグラフと点線のグラフとの分散の差が大きくなっている。従って、特にこれらの地層深さでは、精度の高い実線のグラフに対し統計誤差が大きくなっている。この結果、測定精度が低下する。そこで、第３実施形態の測定方法では、第１統計値と第２統計値との比較が２回行われる。

【0055】

即ち、第３実施形態では、粒度分布測定ステップＳ４１（図１参照）は、第１ＣＴ画像１０に基づく第１統計値と、標準試料についての第１エネルギ（例えば１ＭｅＶ）のＸ線によって得られた第３ＣＴ画像（図示しない）での第３統計値とに基づき粒度分布を一次測定する。次いで、粒度分布測定ステップＳ４１（図１参照）は、一次測定された粒度分布について、更に、第２エネルギ（例えば９ＭｅＶ）でのＸ線ＣＴにより得られた第２ＣＴ画像１１，１２での第２統計値に基づいて、粒度分布の二次測定を行う。このようにすることで、一次測定によって大体の粒度分布を測定した後、測定した粒度分布について二次測定によって更に測定を行うことで、精度が低い第１エネルギでの第１ＣＴ画像１０に基づいた場合であっても測定精度を向上できる。

【0056】

図１４は、対象試料の第１統計値と標準試料の第３統計値及び第２統計値とを比較する図である。図１４では、簡略化のため、縦軸の項目の一部の図示を省略する。第３実施形態では、Ｘ線ＣＴで使用するＸ線のエネルギが異なること以外は第２統計値の取得と同様にして第３統計値が取得される。例えば１ＭｅＶのＸ線を用いて取得する対象試料の第１統計値及び標準試料の第３統計値には、Ｘ線ＣＴ時のＸ線の第１エネルギの低さに起因して、標準試料の第２統計値と比べ統計誤差が多く含まれる。このため、まず、同じ統計誤差となる同じ第１エネルギのＸ線を用いた統計値同士、即ち対象試料の第１統計値と標準試料の第３統計値との比較により、一次測定が行われる。

【0057】

比較により、第１統計値及び第３統計値の取得時におけるＸ線のエネルギの低さに起因する統計誤差の大きさにより、第３統計値に基づいて決定される粒度及び含水率が複数該当する可能性がある。即ち、一次測定のみでは、大きな統計誤差によって粒度及び含水率を絞り込めない可能性がある。そこで、更に二次測定が行われる。二次測定では、該当した複数の粒度及び含水率の適切性が、高い第２エネルギに起因して高精度となる第２統計値に基づき判断される。判断に際して、必要に応じ、第２統計値への内挿又は外挿が行われる。これにより、第３統計値との比較によって該当した粒度及び含水率の適切性が判断され、粒度分布及び含水率の測定精度を向上できる。

【0058】

一次測定及び二次測定を経ることで、一次評価として即時性が求められる大量のボーリングコアの評価を、広く使用されるＸ線ＣＴ装置１００（図２参照）によって自動的に行うことができる。また、複数の製造現場で同時期に工業用金属粉末の評価を行うこともできる。

【符号の説明】

【0059】

１０ 第１ＣＴ画像
１００ Ｘ線ＣＴ装置
１０００ 測定装置
１１ 第２ＣＴ画像
１２ 第２ＣＴ画像
２０ 関心領域
５０ 演算装置
５１ 撮影部
５２ 画像取得部
５３ 統計値算出部
５４ 測定部
５４ａ 粒度分布測定部
５４ｂ 含水率測定部
５５ 標準試料ＤＢ
Ｓ１ 撮影ステップ
Ｓ２ 画像取得ステップ
Ｓ３ 統計値算出ステップ
Ｓ４ 測定ステップ
Ｓ４１ 粒度分布測定ステップ
Ｓ４２ 含水率測定ステップ
Ｓ５ 除外ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】