特許 7512083 切羽撮像システム、切羽撮像方法

(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】2024-06-28

(45)【発行日】2024-07-08

(54)【発明の名称】切羽撮像システム、切羽撮像方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 23/56 20230101AFI20240701BHJP

   H04N 23/63 20230101ALI20240701BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20240701BHJP

   G03B 15/02 20210101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

H04N23/56

H04N23/63 330

G03B15/00 U

G03B15/02 G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020089127

(22)【出願日】2020-05-21

(65)【公開番号】P2021184536

(43)【公開日】2021-12-02

【審査請求日】2023-03-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】邊見 涼

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 裕員

(72)【発明者】

【氏名】淡路 動太

(72)【発明者】

【氏名】谷村 浩輔

(72)【発明者】

【氏名】鳥居 敏

【審査官】門田 宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－２０５０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１８００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２１５１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０２７３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４５９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５０７２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ５／２２２－ ５／２５７

Ｈ０４Ｎ ２３／００

Ｈ０４Ｎ ２３／４０ －２３／７６

Ｈ０４Ｎ ２３／９０ －２３／９５９

Ｇ０３Ｂ １５／００ －１５／０２

Ｇ０３Ｂ １７／１８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

切羽を撮像可能な撮像部と、
前記撮像部によって撮像された画像を表示するライブビュー画面に、トンネルの断面形状のガイド画像を表示する表示部と、
を有する切羽撮像装置と、
トンネル上部のうち切羽から第１距離だけ離れた位置に設けられ切羽を照明する第１照明装置と、
前記トンネルの水平方向における第１端部側であって切羽から前記第１距離よりも短い距離である第２距離だけ離れた位置に設けられ、前記第１照明装置の補助として、前記第１照明装置が照明光を照射する向きと異なる方向から前記切羽を照明する第２照明装置と
前記トンネルの水平方向における第１端部側とは反対側である第２端部側であって前記切羽から前記第２距離だけ離れた位置に設けられ、前記第１照明装置の補助として、前記第１照明装置が照明光を照射する向きと異なる方向から前記切羽を照明する第３照明装置と
を有する切羽撮像システム。

【請求項2】

前記ガイド画像は、
上半の形状に応じて湾曲する湾曲領域と、
水平面に対応した直線状である水平領域とを含む
請求項１記載の切羽撮像システム。

【請求項3】

前記表示部は、
ＩＳＯ感度とシャッター速度とのうち少なくともいずれか一方の設定条件を設定可能な設定ボタンをガイド画像とともに表示する
請求項１または請求項２に記載の切羽撮像システム。

【請求項4】

トンネルの上部のうち切羽から第１距離だけ離れた位置に、切羽を照明する第１照明装置を配置し、
前記トンネルの水平方向における第１端部側であって切羽から前記第１距離よりも短い距離である第２距離だけ離れた位置に、前記第１照明装置の補助として、前記第１照明装置が照明光を照射する向きと異なる方向から前記切羽を照明する第２照明装置を配置し、
前記トンネルの水平方向における第１端部側とは反対側である第２端部側であって前記切羽から前記第２距離だけ離れた位置に、前記第１照明装置の補助として、前記第１照明装置が照明光を照射する向きと異なる方向から前記切羽を照明する第３照明装置を配置し、
切羽撮像装置が、前記切羽を撮像したライブビュー画面において前記トンネルの断面形状のガイド画像が前記切羽の輪郭形状に合うように当該切羽撮像装置の姿勢が調整された上で、撮影指示が入力されると、前記切羽を撮像した撮像画像のデータを記憶部に書き込む
切羽撮像方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、切羽撮像システム、切羽撮像方法に関する。

【背景技術】

【0002】

山岳トンネル工事の地山評価において、ＡＩ（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ；人口知能）が活用されつつある（例えば、特許文献１参照）。ＡＩで用いられる画像分類アルゴリズム（ディープラーニング）を高い精度で行うためには、均質な条件で撮影した一定品質の画像データが大量に必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－０２３３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、今まで現場で取得した切羽画像の多くは、向きや大きさ、解像度が不揃いであり、ＡＩ学習の教師データに活用するには、困難なものが多いため、効率的に講師データを収集することが難しい。
特に、照明条件でカメラが自動補正してしまう場合には、同じ地山であっても切羽の様子（色合い）が大きく異なる画像になってしまう。そうした切羽写真をＡＩ学習に用いる場合、画像編集ソフトでコントラストや解像度を編集する必要があるため、多くの作業時間を要していた。
また、編集では実際の切羽の色合いを再現することは難しい。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、切羽を評価するＡＩの学習データとして収集される画像の品質のばらつきを低減させることができる切羽撮像システム、切羽撮像方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、切羽を撮像可能な撮像部と、前記撮像部によって撮像された画像を表示するライブビュー画面に、トンネルの断面形状のガイド画像を表示する表示部と、を有する切羽撮像装置と、トンネル上部のうち切羽から第１距離だけ離れた位置に設けられ切羽を照明する第１照明装置と、前記トンネルの水平方向における第１端部側であって切羽から前記第１距離よりも短い距離である第２距離だけ離れた位置に設けられ、前記第１照明装置の補助として、前記第１照明装置が照明光を照射する向きと異なる方向から前記切羽を照明する第２照明装置と前記トンネルの水平方向における第１端部側とは反対側である第２端部側であって前記切羽から前記第２距離だけ離れた位置に設けられ、前記第１照明装置の補助として、前記第１照明装置が照明光を照射する向きと異なる方向から前記切羽を照明する第３照明装置とを有する切羽撮像システムである。

【0007】

また、本発明の一態様は、トンネル上部のうち切羽から第１距離だけ離れた位置に、切羽を照明する第１照明装置を配置し、前記トンネルの水平方向における第１端部側であって切羽から前記第１距離よりも短い距離である第２距離だけ離れた位置に、前記第１照明装置の補助として、前記第１照明装置が照明光を照射する向きと異なる方向から前記切羽を照明する第２照明装置を配置し、前記トンネルの水平方向における第１端部側とは反対側である第２端部側であって前記切羽から前記第２距離だけ離れた位置に、前記第１照明装置の補助として、前記第１照明装置が照明光を照射する向きと異なる方向から前記切羽を照明する第３照明装置を配置し、切羽撮像装置が、前記切羽を撮像したライブビュー画面において前記トンネルの断面形状のガイド画像が前記切羽の輪郭形状に合うように当該撮像装置の姿勢が調整された上で、撮影指示が入力されると、前記切羽を撮像した撮像画像のデータを記憶部に書き込む切羽撮像方法である。

【発明の効果】

【0008】

以上説明したように、この発明によれば、切羽を評価するＡＩの学習データとして収集される画像の品質のばらつきを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】この発明の一実施形態による切羽撮像システム１の構成を示す概略ブロック図である。

【図2】トンネル１０内に設置される照明装置の設置位置を説明する図である。

【図3】撮像装置２０の機能を説明する機能ブロック図である。

【図4】表示部２０２に表示される表示画面４００の一例を示す図である。

【図5】撮像条件を設定する場合における設定画面の一例を示す図である。

【図6】切羽撮像システム１を用いて切羽を撮像する撮像方法について説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態による切羽撮像システムについて図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施形態による切羽撮像システム１の構成を示す概略ブロック図であり、図２は、トンネル１０内に設置される照明装置の設置位置を説明する図である。この切羽撮像システム１は、トンネル１０内において用いられる。
トンネル１０のトンネル軸に沿った方向において坑口とは反対側に切羽１１がある。
切羽１１に向かい、かつ、水平方向のうち第１の方向における側面側には第１の側面部１２があり、水平方向のうち第１の方向とは反対側の方向における側面側には第２の側面部１３がある。

【0011】

撮像装置２０は、切羽１１を撮像し、撮像データを記憶する。また、撮像装置２０には液晶表示装置が設けられており、切羽１１を撮像する際のライブビュー画面を表示することができる。撮像装置２０は、切羽１１から一定距離だけ離れた位置において撮影によって保持され、シャッターボタンが押されたタイミングで撮像画像を記憶領域に書き込む。
この撮像装置２０は、デジタルカメラであってもよいし、撮像装置２０の機能を実現するためのアプリケーションプログラムがインストールされ実行するスマートフォンまたはタブレット端末であってもよい。撮像装置２０は、防水・防塵機能を持ち、高解像度（例えば、1200万画素程度以上）で撮像可能であることが好ましい。

【0012】

照明装置２１は、トンネル１０の上部（例えば、天端部）のうち、切羽から第１距離Ｌ１だけ離れた位置に設けられ、切羽１１を照明する。第１距離Ｌ１は、１０ｍ（メートル）程度から３０ｍ程度の距離である。ここでは、第１距離Ｌ１が１０ｍの位置に照明装置２１が設置され、切羽１１の撮像が行われる。その後、トンネル１０の掘削が進み、切羽１１から照明装置２１までの距離が距離Ｌ１１（１０ｍ程度）から距離Ｌ１２（３０ｍ程度）となった際に、切羽１１から第１距離Ｌ１（１０ｍ）の位置まで盛替える。

【0013】

照明装置２２は、第１の側面部１２の近傍であって、トンネル１０の水平方向における第１側面部側（第１の側面部１２）であって、切羽１１から第１距離よりも短い距離である第２距離だけ離れた位置に設けられ切羽１１を照明する。この照明装置２２が照明光を照射する向きは、切羽１１であればよいが、第２側面部側（第２の側面部１３）に向く方向であってもよい。
照明装置２３は、トンネル１０の水平方向における第１端部側とは反対側である第２端部（第２の側面部１３）側であって、切羽１１から第２距離だけ離れた位置に設けられ切羽１１を照明する。この照明装置２３が照明光を照射する向きは、切羽１１であればよいが、第１側面部側（第１の側面部１２）に向く方向であってもよい。

【0014】

これら照明装置２２と照明装置２３は、照明装置２１に対する補助として設けられる。例えば、照明装置２１を主照明装置とし、この照明装置２１から切羽１１に対して照射された照明光の方向とは、異なる方向から照明光を照射する。これにより、切羽１１にクラック等があった場合であっても、照明装置２１からの照明のみでは、切羽１１の鏡面における凹凸やクラックの形状や幅や深さによっては、陰影が強くなってしまう場合があるため、この陰影を打ち消す方向から光を投射することで、照明装置２１の照明光によって生じた影を弱くし、切羽１１全体に対する照明光が照射されるバランスをとることができる。
また、主たる照明装置とは別に補助としての照明装置を用いることで、切羽１１の鏡面をより自然な状態に近づけて撮像することできる。
このように、切羽写真を撮像する際には、これらの照明装置２１、照明装置２２、照明装置２３を用いることで、切羽１１の照度を確保することができるため、切羽１１の写真の品質を確保することが可能となる。

【0015】

照明装置２２、照明装置２３は、切羽１１から５～７ｍ程度離れた位置であって、トンネル１０の床面から１．５ｍ程度である高さＨの位置に設置される。この照明装置２２及び照明装置２３は、切羽１１の写真撮影時のみ設置し、撮影を行わない期間においては、一時的に撤去してもよい。

【0016】

なお、照明装置２１としては、例えば、軽量型高輝度ＬＥＤランプ（有限会社ジャパンマグネット社製、ＪＣＴ－４００Ａ－Ｌ／Ｐ ４００Ｗ、６４，０００ｌｍ）を１台、照明装置２２、照明装置２３としては、例えば、それぞれ、軽量型高輝度ＬＥＤランプ（有限会社ジャパンマグネット社製、ＪＣＴ－２００Ａ－Ｌ／Ｐ ２００Ｗ、３２，０００ｌｍ）を用いる。

【0017】

電源装置２４は、照明装置２２、照明装置２３に電源を供給する。照明装置２２、照明装置２３は、この電源装置２４から供給される電源を利用して駆動することで、照明光を照射することができる。なお、照明装置２１は、電源装置２４から電源の供給を受けてもよいし、別の電力供給経路から電源の供給を受けるようにしてもよい。

【0018】

図３は、撮像装置２０の機能を説明する機能ブロック図である。
撮像装置２０は、撮像部２０１、表示部２０２、入力部２０３、記憶部２０４を含む。
撮像部２０１は、切羽を撮像可能である。
表示部２０２は、撮像部２０１によって撮像された画像を表示するライブビュー画面に、トンネルの断面形状のガイド画像を表示する。
入力部２０３は、撮影担当者からの操作入力を受け付ける。
記憶部２０４は、撮像画像を記憶する。
記憶部２０４は、記憶媒体、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、またはこれらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。この記憶部２０４は、例えば、不揮発性メモリを用いることができる。

【0019】

ここで、図４は、表示部２０２に表示される表示画面４００の一例を示す図である。この図では、撮像装置２０としてスマートフォンが用いられた場合であって、表示画面の長手方向が水平方向となるように撮影担当者によって構えられた場合が図示されている。
この表示画面４００では、撮像画像表示領域４０１と、撮影条件設定領域４０２とを含む。撮像画像表示領域４０１は、ライブビュー画面が表示される。ライブビュー画面は、撮像対象である切羽１１全体と、切羽１１の支保工４１０の第１の側面部１２側からの天端部及び第２の側面部１３までが撮像領域内に収まるような画角となっている場合について図示されている。ライブビュー画面は、撮像装置２０を撮像モードにし、レンズを介して受光素子に受光された像を撮影画面として表示する画面である。
また、ライブビュー画面には、撮像対象が撮像されている状態を示す撮像画像に重なるようにガイド画像４２０が表示される。
ガイド画像４２０は、上半の形状に応じて湾曲する湾曲領域４２１と、水平面に対応した直線状である水平領域４２２とを含む。ガイド画像４２０の形状は、トンネル１０の標準断面の輪郭形状に基づいて設定される。ガイド画像４２０の表示態様としては、例えば、実線、破線、ハッチングパターン等のうちいずれかの態様であって、切羽１１や支保工４１０とは異なる色で表示されるようにしてもよい。これにより、ライブビュー画面において切羽１１や支保工４１０とはガイド画像４２０とが異なることが把握しやすい。

【0020】

撮影担当者は、撮像装置２０を撮像モードにし、ライブビュー画面に表示されるガイド画像４２０のうち、湾曲領域４２１の形状が切羽支保工の切羽１１側の端部に合うように、かつ、水平領域４２２の形状が、床面と切羽１１との境界とに合うように、撮像装置２０の向きやズームの度合いを調整する。その上で、撮影ボタン４３０をタッチすることで、撮像装置２０は、撮像画像を取り込んで記憶部２０４にそのデータを書き込む。ここでは、撮像画像は、撮像素子に受光された光（すなわち、切羽１１、支保工４１０、床面などの像）に基づく画像が撮像画像として取り込まれ、ガイド画像４２０については、ライブビュー画面に表示されるだけであり、撮像画像には残らないようになっている。これにより、撮像画像内において、切羽１１の輪郭形状がガイド画像４２０の形状と概ね一致するようにした撮像画像が得られるため、切羽１１の掘削が進む毎に切羽１１を撮像する場合であっても、また、異なる撮影担当者によって切羽１１が撮像される場合であっても、切羽１１の輪郭形状が撮像画像内において、一定サイズとなるようにして切羽画像を得ることができる。このため、切羽１１を概ね正面側に捉え、仰俯角も概ね一定であり、撮像領域内における切羽１１の画像のサイズが一定となるようにすることができ、撮像毎のばらつきが少ない。

【0021】

さらに、表示画面４００において撮影条件設定領域４０２には、設定ボタンが配置されている。撮像担当者は、この設定ボタンをタッチすることで、撮像条件を指定することができる。
図５は、撮像条件を設定する場合における設定画面の一例を示す図である。この設定画面は、撮影条件設定領域４０２の設定ボタンを押すことで切り替わる、あるいはポップアップ画面として表示される。設定画面においては、ＩＳＯ感度とシャッター速度とを指定することが撮像担当者の操作入力に応じて指定可能である。ここでは、照明装置２１、照明装置２２、照明装置２３の配置、向き、明るさが規定されていることで、切羽１１を撮像するために十分な照度が確保することができ、また、画像の粗さや感度が一定の等品質となるようにし、切羽１１を撮像可能である。ここでは、切羽１１を好ましい状態で撮像できるようなＩＳＯ感度とシャッター速度とを決め、設定画面から設定しておく。そして、この設定を行った後は、照明や画角等において同じような条件で切羽１１を撮影することが可能とであるため、ＩＳＯ感度とシャッター速度についても、基本的には一度設定された条件を変更せず、概ね同じ品質となるように撮影することができる。また、ＩＳＯ感度とシャッター速度については、マニュアルにて変更するようになっているため、意図せずにＩＳＯ感度とシャッター速度が自動で変更されてしまうこともない。

【0022】

なお、ここでは、ライブビュー画面（図４）と設定画面（図５）とは別の画面で表示されてもよいし、１つの画面上に両方が表示されてもよい。また、ＩＳＯ感度とシャッター速度のうち、いずれか一方をマニュアルにて変更可能とし、もう一方についての設定値が予め決められていてもよい。

【0023】

図６は、切羽撮像システム１を用いて切羽を撮像する撮像方法について説明するフローチャートである。
切羽１１の掘削が完了すると（ステップＳ１０１）、撮像担当者は、照明装置２１が切羽１１から第１距離Ｌ１にあることを確認する（ステップＳ１０２）。もし第１距離にない場合には、照明装置２１の位置が第１距離Ｌ１となるように盛替えする。
次に、撮影担当者は、照明装置２２と照明装置２３を、切羽１１から第２距離Ｌ２の位置に左右それぞれ設置し（ステップＳ１０３）、切羽余掘り部の影を無くすように照らされていることを確認する。
次に、撮影担当者は、撮像装置２０を撮像モードにし、ライブビュー画面において、ガイド画像４２０が、形状が切羽支保工の切羽１１側の端部と、床面と切羽１１との境界とに合うように、撮像装置２０の向き（撮像装置２０の姿勢）やズームの度合いを調整する（ステップＳ１０４）。これらの調整を行った後、撮像ボタンをタッチし、撮像する（ステップＳ１０５）。
撮影が終了すると、撮影担当者は、照明装置２２及び照明装置２３を撤去する（ステップＳ１０６）。

【0024】

以上説明した実施形態によれば、切羽撮影時から切羽からの距離や大きさを一定に保って、均一品質（色合い、明るさなど）の切羽画像を容易に得ることができる撮像装置２０を実現することができ、また、この撮像装置２０の機能を実現するアプリケーションプログラムをスマートフォンにインストールすることで、スマートフォンであっても撮像装置２０を実現することができる。
山岳トンネル工事では、工事の特性から切羽の占有時間を極力減らす必要があるが、上述した実施形態によれば、山岳トンネルの工事現場における撮影時間は、平均数分（例えば１分）程度であり、施工サイクルへの影響も軽微な範囲に抑えることができる。

【0025】

このように、品質のばらつきが少ない撮像画像を得ることができるため、このようにして得られた撮像画像を教師データとして用いることで、学習データとして収集される画像の品質のばらつきを低減させることができる。

【0026】

上述した実施形態における撮像装置２０をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

【0027】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0028】

１…切羽撮像システム、１０…トンネル、１１…切羽、１２…第１の側面部、１３…第２の側面部、２０…撮像装置、２１，２２，２３…照明装置、２４…電源装置、２０１…撮像部、２０２…表示部、２０３…入力部、２０４…記憶部、４００…表示画面、４０１…撮像画像表示領域、４０２…撮影条件設定領域、４１０…支保工、４２０…ガイド画像、４２１…湾曲領域、４２２…水平領域、４３０…撮影ボタン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】