JP2000180246A - 液位計測方法及び装置 - Google Patents
液位計測方法及び装置Info
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- JP2000180246A JP2000180246A JP35822098A JP35822098A JP2000180246A JP 2000180246 A JP2000180246 A JP 2000180246A JP 35822098 A JP35822098 A JP 35822098A JP 35822098 A JP35822098 A JP 35822098A JP 2000180246 A JP2000180246 A JP 2000180246A
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 カメラ、画像処理を使用してダムのような液
位を計測する液位計測において、カメラ異常や液位計測
値異常を検知してアラームを出力し誤報を防止する方法
及び装置の提供にある。 【解決手段】 水位計測装置のソフトウェア１２の構成
に、カメラ画像取込手段１２−１、カメラ異常検知手段
１２−２、水位計測手段１２−３、水位異常検知手段１
２−４、移動平均値計算手段１２−５、標準偏差計算手
段１２−６を備える。このようなソフトウェア構成にお
いて、カメラの画像異常と計測値の異常検知を行ないな
がら水位計測し誤報を防止する。
位を計測する液位計測において、カメラ異常や液位計測
値異常を検知してアラームを出力し誤報を防止する方法
及び装置の提供にある。 【解決手段】 水位計測装置のソフトウェア１２の構成
に、カメラ画像取込手段１２−１、カメラ異常検知手段
１２−２、水位計測手段１２−３、水位異常検知手段１
２−４、移動平均値計算手段１２−５、標準偏差計算手
段１２−６を備える。このようなソフトウェア構成にお
いて、カメラの画像異常と計測値の異常検知を行ないな
がら水位計測し誤報を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】ダム、河川、海、湖等の水位
または油、溶液等の液位を計測する方法及び装置に関す
る。
または油、溶液等の液位を計測する方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】液面の高さは、基準面から液の表面まで
の距離を計測するもので、従来の液位計測技術は、機械
工業便覧、（改定第６版；日本機械学会１９７７；第６
編 計測法第７章７．６液位の測定）に記述があるよう
に、変位長さの測定によるものとして、フックゲージや
ポイントゲージとよばれるもので直接液位を測定するも
の、また、液面にフロートを浮かべて、フロートの変位
を機械的に測定するものがあった。また、更に、圧力の
測定によるものとして、タンクの底面、側面に取り付け
たダイヤフラムの圧力による変形を、機械的、電気的に
検出するものや、液体内に細管を挿入して、先端から圧
縮空気を噴出させて、細管の背圧を測定するものがあ
る。水位計測にもこれらの技術がそのまま適用でき、フ
ロート式や圧力式の水位計測方法があった。これらの方
法は、水中に精密機器を設置する必要がある点難点があ
るといわれており、本発明者等は、最近、画像による水
位計測方法を提案している（特開平７−３３３０３９号
公報、特開平８−１４９９２号公報、特開平８−１４５
７６５号公報、その他等）。この水位計測法は、非接触
式の水位計測として注目を集めている。カメラ画像によ
る水位計測では、画像を画像処理に正常に入力できれ
ば、常に正常に水位を計測できる特性を有するが、カメ
ラ画像の異常を評価し、誤報を防止する方法について
は、まだ提案されていない。
の距離を計測するもので、従来の液位計測技術は、機械
工業便覧、（改定第６版；日本機械学会１９７７；第６
編 計測法第７章７．６液位の測定）に記述があるよう
に、変位長さの測定によるものとして、フックゲージや
ポイントゲージとよばれるもので直接液位を測定するも
の、また、液面にフロートを浮かべて、フロートの変位
を機械的に測定するものがあった。また、更に、圧力の
測定によるものとして、タンクの底面、側面に取り付け
たダイヤフラムの圧力による変形を、機械的、電気的に
検出するものや、液体内に細管を挿入して、先端から圧
縮空気を噴出させて、細管の背圧を測定するものがあ
る。水位計測にもこれらの技術がそのまま適用でき、フ
ロート式や圧力式の水位計測方法があった。これらの方
法は、水中に精密機器を設置する必要がある点難点があ
るといわれており、本発明者等は、最近、画像による水
位計測方法を提案している（特開平７−３３３０３９号
公報、特開平８−１４９９２号公報、特開平８−１４５
７６５号公報、その他等）。この水位計測法は、非接触
式の水位計測として注目を集めている。カメラ画像によ
る水位計測では、画像を画像処理に正常に入力できれ
ば、常に正常に水位を計測できる特性を有するが、カメ
ラ画像の異常を評価し、誤報を防止する方法について
は、まだ提案されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の画像処理による
水位計測は、従来の電気式機械式の水位計が、水中に精
密機器類を設置するのに比較して維持管理が容易であ
る。しかし、カメラ画像を使用するために、カメラ画像
が、何らかの異常で画像が正常でなくなった場合の対策
が重要と考えられている。カメラ画像の異常としては、
ある瞬間の静止画を連続して送信する場合がある。この
場合のカメラ画像の異常は、常時経験することであり、
計測結果の誤報の原因となるものである。
水位計測は、従来の電気式機械式の水位計が、水中に精
密機器類を設置するのに比較して維持管理が容易であ
る。しかし、カメラ画像を使用するために、カメラ画像
が、何らかの異常で画像が正常でなくなった場合の対策
が重要と考えられている。カメラ画像の異常としては、
ある瞬間の静止画を連続して送信する場合がある。この
場合のカメラ画像の異常は、常時経験することであり、
計測結果の誤報の原因となるものである。
【０００４】本発明の目的は、このような誤報の原因と
なるカメラ異常が発生したときに、異常を早期に検知し
アラーム出力をし、また計測値の異常を検知してアラー
ムの出力を行なうことにより異常計測値を出力し続ける
ことを防止することにある。
なるカメラ異常が発生したときに、異常を早期に検知し
アラーム出力をし、また計測値の異常を検知してアラー
ムの出力を行なうことにより異常計測値を出力し続ける
ことを防止することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、時間差を
置いてカメラ画像を取り込み、取り込んだ２つのカメラ
画像間での時間差分画像を作成し、該時間差分画像の輝
度ヒストグラム処理をし、該輝度ヒストグラムの変化に
よりカメラの異常を検知する手段によって達成される。
置いてカメラ画像を取り込み、取り込んだ２つのカメラ
画像間での時間差分画像を作成し、該時間差分画像の輝
度ヒストグラム処理をし、該輝度ヒストグラムの変化に
よりカメラの異常を検知する手段によって達成される。
【０００６】また、上記の目的は、正常時に、時間差を
置いて計測した液位計測値より移動平均値及び標準偏差
を求め、該移動平均値と標準偏差より正常範囲を定め、
最新の液位計測値を前記正常範囲と比較して計測値の異
常を検出する手段によって達成される。
置いて計測した液位計測値より移動平均値及び標準偏差
を求め、該移動平均値と標準偏差より正常範囲を定め、
最新の液位計測値を前記正常範囲と比較して計測値の異
常を検出する手段によって達成される。
【０００７】上記の手段によれば、時間差を置いて取り
込んだカメラ画像は、通常状態では、前後の画像に画像
の変化が必ずあると仮定されるから、変化がなくなった
場合にカメラ異常とする。更に、計測結果の評価を計測
毎に実施し、過去のデータとの大幅な差を発生した時に
は、計測値の異常と判定する。このようにすることによ
り異常の発生の疑いのあるデータは、人の介入により確
認を行ない異常計測を極力なくすことができる。
込んだカメラ画像は、通常状態では、前後の画像に画像
の変化が必ずあると仮定されるから、変化がなくなった
場合にカメラ異常とする。更に、計測結果の評価を計測
毎に実施し、過去のデータとの大幅な差を発生した時に
は、計測値の異常と判定する。このようにすることによ
り異常の発生の疑いのあるデータは、人の介入により確
認を行ない異常計測を極力なくすことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】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細に説明する。
て、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】図１は、本発明の一実施形態における画像
処理を使用した水位計測の構成を示す。１は画像処理装
置、２はカメラ、３は計測対象部分、量水標が設置して
ある。４は河川等の流水の水面である。
処理を使用した水位計測の構成を示す。１は画像処理装
置、２はカメラ、３は計測対象部分、量水標が設置して
ある。４は河川等の流水の水面である。
【００１０】図２は、画像処理部の詳細である。１−１
はＣＰＵ，１−２は主メモリ，１−３はバス、１−４は
画像専用プロセッサ，１−５は画像メモリ，１−６は外
部インターフェース、１−７は外部のプリンター等の出
力装置，１−８はモニタＴＶである。このようなハード
ウェア構成において、カメラ２からの画像を画像メモリ
１−５に取り込み専用プロセッサ１−４にて画像解析に
より水位を計測する。水位計測手順を記述したプログラ
ムは、システム立ち上げ時に主メモリ１−２上にローデ
ィングされ、ＣＰＵ１−１上で実行される。もちろん画
像専用プロセッサ１−４の処理手順も主メモリ１−２上
のプログラムに記述される。処理結果は、インターフェ
ース１−６を介して外部出力装置１−７に出力される。
またモニタＴＶ１−８を接続することにより、画像処理
結果が容易に監視できる。
はＣＰＵ，１−２は主メモリ，１−３はバス、１−４は
画像専用プロセッサ，１−５は画像メモリ，１−６は外
部インターフェース、１−７は外部のプリンター等の出
力装置，１−８はモニタＴＶである。このようなハード
ウェア構成において、カメラ２からの画像を画像メモリ
１−５に取り込み専用プロセッサ１−４にて画像解析に
より水位を計測する。水位計測手順を記述したプログラ
ムは、システム立ち上げ時に主メモリ１−２上にローデ
ィングされ、ＣＰＵ１−１上で実行される。もちろん画
像専用プロセッサ１−４の処理手順も主メモリ１−２上
のプログラムに記述される。処理結果は、インターフェ
ース１−６を介して外部出力装置１−７に出力される。
またモニタＴＶ１−８を接続することにより、画像処理
結果が容易に監視できる。
【００１１】図３は、本発明の画像専用プロセッサ１−
４による水位計測装置のソフトウェア１２の構成を示
す。１２−１は画像取込手段は、１２−２はカメラ異常
検知手段、１２−３は水位計測手段、１２−４は水位異
常検知手段、１２−５は移動平均値計算手段、１２−６
は標準偏差計算手段である。このようなソフトウェア構
成において、カメラの画像異常と計測結果異常を検知し
ながら水位を計測し誤報を防止する。
４による水位計測装置のソフトウェア１２の構成を示
す。１２−１は画像取込手段は、１２−２はカメラ異常
検知手段、１２−３は水位計測手段、１２−４は水位異
常検知手段、１２−５は移動平均値計算手段、１２−６
は標準偏差計算手段である。このようなソフトウェア構
成において、カメラの画像異常と計測結果異常を検知し
ながら水位を計測し誤報を防止する。
【００１２】図４は、水面計測対象部に設置する量水標
３を示し、垂直量水標３−１と傾斜板３−２が近くに並
べて設置されたものである。垂直量水標３−１は、本体
部に目盛、表示数字、副基準位置、基準目盛等が形成さ
れたもので水面に垂直に設置される。傾斜板３−２は、
水面に対して所要角度傾斜させて設置したものである。
垂直量水標３−１の場合は水面下の屈折像３−３が障害
となって水面境界４−１が正確に検知できないのである
が、傾斜板３−２の場合は、水面部分３−６の傾斜板３
−２と反射影３０５との間の水面境界部分に画像上の特
徴が現われ、画像による水面４−１検知が容易である。
又水面の透明度が良い場合は、水面下の傾斜板の屈折像
３−４が水面上から良く見える。このように傾斜板３−
２の場合は、傾斜板３−２と、この屈折像３−４または
反射像３−５との間の水面境界部分に画像上の変曲点３
−６が現われ、画像による水面検知が容易であることが
わかる。このように垂直量水標３−１と傾斜板３−２を
並べて設置することによって、傾斜板３−２で検知した
水面と垂直量水標３−１の目盛との関係から水位位置が
容易に得られるようになる。
３を示し、垂直量水標３−１と傾斜板３−２が近くに並
べて設置されたものである。垂直量水標３−１は、本体
部に目盛、表示数字、副基準位置、基準目盛等が形成さ
れたもので水面に垂直に設置される。傾斜板３−２は、
水面に対して所要角度傾斜させて設置したものである。
垂直量水標３−１の場合は水面下の屈折像３−３が障害
となって水面境界４−１が正確に検知できないのである
が、傾斜板３−２の場合は、水面部分３−６の傾斜板３
−２と反射影３０５との間の水面境界部分に画像上の特
徴が現われ、画像による水面４−１検知が容易である。
又水面の透明度が良い場合は、水面下の傾斜板の屈折像
３−４が水面上から良く見える。このように傾斜板３−
２の場合は、傾斜板３−２と、この屈折像３−４または
反射像３−５との間の水面境界部分に画像上の変曲点３
−６が現われ、画像による水面検知が容易であることが
わかる。このように垂直量水標３−１と傾斜板３−２を
並べて設置することによって、傾斜板３−２で検知した
水面と垂直量水標３−１の目盛との関係から水位位置が
容易に得られるようになる。
【００１３】１枚の傾斜板では、設置上の問題や、画像
処理上の問題がある場合は図１１のような多段に傾斜板
を並べたものを用いる。図１１、（ａ）は、フレーム３
−２１に複数の傾斜板３−２２を取り付けたもの、
（ｂ）は傾斜板３−２２をく字状に取り付けたもの、
（ｃ）はバック板３−２３に複数の傾斜板の絵３−２４
を画いたものである。バック板は黒色で傾斜絵は白色で
ある。このような複数の傾斜板を多段に設けることによ
って一般の河川等の高落差のある水位計測に都合が良
い。
処理上の問題がある場合は図１１のような多段に傾斜板
を並べたものを用いる。図１１、（ａ）は、フレーム３
−２１に複数の傾斜板３−２２を取り付けたもの、
（ｂ）は傾斜板３−２２をく字状に取り付けたもの、
（ｃ）はバック板３−２３に複数の傾斜板の絵３−２４
を画いたものである。バック板は黒色で傾斜絵は白色で
ある。このような複数の傾斜板を多段に設けることによ
って一般の河川等の高落差のある水位計測に都合が良
い。
【００１４】カメラ２は、雪台に取り付けられ、上下左
右に首を振ることができる構成になっており、現在の水
面を計測するのに適するシーンを選定して撮像し画像を
取り込み画像処理ができるようになっている。計測シー
ンが決定したら、ズーム設定、焦点調整、等を順次行な
う。
右に首を振ることができる構成になっており、現在の水
面を計測するのに適するシーンを選定して撮像し画像を
取り込み画像処理ができるようになっている。計測シー
ンが決定したら、ズーム設定、焦点調整、等を順次行な
う。
【００１５】カメラ撮像画像は画像処理装置１の画像メ
モリ１−５に取り込まれ、専用プロセッサ１−４により
画像解析され水位計測される。カメラ画像はオンライン
モニタＴＶ１−８に表示され、その一例は、図５に示す
ように量水標図形５−１、傾斜板図形５−２、水面図形
５−７であり、これに重ねて、プロセッサ１−４により
解析計測された水位計測結果及び水位基準等が表示され
る（図示せず）。したがって、このモニタＴＶ１−８の
画像を監視することにより信頼性の高い水位管理ができ
る。
モリ１−５に取り込まれ、専用プロセッサ１−４により
画像解析され水位計測される。カメラ画像はオンライン
モニタＴＶ１−８に表示され、その一例は、図５に示す
ように量水標図形５−１、傾斜板図形５−２、水面図形
５−７であり、これに重ねて、プロセッサ１−４により
解析計測された水位計測結果及び水位基準等が表示され
る（図示せず）。したがって、このモニタＴＶ１−８の
画像を監視することにより信頼性の高い水位管理ができ
る。
【００１６】水位計測は、カメラ２の姿勢制御により最
適シーンを見つけてカメラ画像を取り込み、水位計測処
理を行なう。水位計測手段１２−３（図３）による水位
計測手順は、図５に示すように画像の背景から傾斜図形
部５−２を抽出し、傾斜図形部５−２の変曲点５−６を
検出する。この変曲点は水面５−７と同レベルとなる。
そこで、この変曲点５−６部分の画像原点からのＹ座標
を量水標図形５−１の目盛から求め、画像内水面位置座
標（Ｙｉｍａｇｅ）とする。この画像内の水面位置座標
（Ｙｉｍａｇｅ）を座標変換することによって世界座標
系の水位を求めることができる。
適シーンを見つけてカメラ画像を取り込み、水位計測処
理を行なう。水位計測手段１２−３（図３）による水位
計測手順は、図５に示すように画像の背景から傾斜図形
部５−２を抽出し、傾斜図形部５−２の変曲点５−６を
検出する。この変曲点は水面５−７と同レベルとなる。
そこで、この変曲点５−６部分の画像原点からのＹ座標
を量水標図形５−１の目盛から求め、画像内水面位置座
標（Ｙｉｍａｇｅ）とする。この画像内の水面位置座標
（Ｙｉｍａｇｅ）を座標変換することによって世界座標
系の水位を求めることができる。
【００１７】座標変換に必要な係数は、座標変換係数ε
と、画像原点標高値Ｏｒｇｎが必要である。この座標変
換データはカメラによる各撮像画像シーン毎に設定する
必要がある。そのデータを設定する原理を図６を用いて
説明する。
と、画像原点標高値Ｏｒｇｎが必要である。この座標変
換データはカメラによる各撮像画像シーン毎に設定する
必要がある。そのデータを設定する原理を図６を用いて
説明する。
【００１８】第１の基準点にカーソルを合せると、画像
原点位置からｙ軸方向に第１の基準点位置までの座標Ｙ
１が記憶される。またこれと共に地上の基準点と第１の
基準点間の標高値ｙ１を入力し記憶させる。次に第２の
基準点にカーソルを合せると、画像原点から第２の基準
点までの座標Ｙ２が記憶され、同時に地上の基準点と第
２の基準点間の標高値ｙ２を入力して記憶させる。前記
入力データから座標変換係数εを数１により演算する。
原点位置からｙ軸方向に第１の基準点位置までの座標Ｙ
１が記憶される。またこれと共に地上の基準点と第１の
基準点間の標高値ｙ１を入力し記憶させる。次に第２の
基準点にカーソルを合せると、画像原点から第２の基準
点までの座標Ｙ２が記憶され、同時に地上の基準点と第
２の基準点間の標高値ｙ２を入力して記憶させる。前記
入力データから座標変換係数εを数１により演算する。
【００１９】
【数１】
【００２０】また、これにより画像原点標高値Ｏｒｇｎ
を数２により演算する。
を数２により演算する。
【００２１】
【数２】
【００２２】この処理をカメラ画像のシーンを変えて各
シーンについて行なう。得られたデータは各画像シーン
毎に保存手段に格納しておく。
シーンについて行なう。得られたデータは各画像シーン
毎に保存手段に格納しておく。
【００２３】次に画像内水面位置座標（Ｙｉｍａｇｅ）
から水位を得る座標変換手順は、保存した座標変換デー
タから該当する画像シーンに対応する座標変換に必要な
データ（座標変換係数ε、画像原点標高値Ｏｒｇｎ）を
取り出し、数３により座標変換して世界座標系の水位Ｗ
ｌｅｖｅｌを得る。
から水位を得る座標変換手順は、保存した座標変換デー
タから該当する画像シーンに対応する座標変換に必要な
データ（座標変換係数ε、画像原点標高値Ｏｒｇｎ）を
取り出し、数３により座標変換して世界座標系の水位Ｗ
ｌｅｖｅｌを得る。
【００２４】
【数３】
【００２５】図７はカメラ異常検知手段１２−２の原理
を示す。５は前回に取り込んだカメラ画像である。６は
今回に取り込んだカメラ画像である。この２つの画像を
使用して、画像間演算７を行なう。演算は、各画素間の
減算処理である。処理結果は差分画像８となる。画像５
を入力した時刻と画像６を入力した時刻の差により、２
つの画像は、画素毎に比較すると必ず異なる輝度値を示
すものである。水面上の波の変化だけでなく、自然光の
ばらつきにより必ず輝度変化を生ずる。一方、電気的な
異常のために、カメラ画像が正常に画像処理装置に伝送
されない場合がある。この際、全く映像がなくなる場合
と、ある瞬間の静止画が連続して画像処理装置に入力さ
れることがある。このような場合には、画像５と画像６
は、全く同一の画像であり正常な場合との区別が可能な
のである。したがって、この差分画像からカメラの異常
を検知することができる。
を示す。５は前回に取り込んだカメラ画像である。６は
今回に取り込んだカメラ画像である。この２つの画像を
使用して、画像間演算７を行なう。演算は、各画素間の
減算処理である。処理結果は差分画像８となる。画像５
を入力した時刻と画像６を入力した時刻の差により、２
つの画像は、画素毎に比較すると必ず異なる輝度値を示
すものである。水面上の波の変化だけでなく、自然光の
ばらつきにより必ず輝度変化を生ずる。一方、電気的な
異常のために、カメラ画像が正常に画像処理装置に伝送
されない場合がある。この際、全く映像がなくなる場合
と、ある瞬間の静止画が連続して画像処理装置に入力さ
れることがある。このような場合には、画像５と画像６
は、全く同一の画像であり正常な場合との区別が可能な
のである。したがって、この差分画像からカメラの異常
を検知することができる。
【００２６】さらに詳細に異常検知のための処理を行な
う場は、前記差分画像８の輝度ヒストグラム処理９を行
ない、この結果ヒストグラム１０が得られる。ヒストグ
ラム１０に画面変化がある時には、山１０−１があらわ
れる。２つの画像５、６に変化がないときには、この山
１０−１はあらわれない。この現象を使用してカメラ画
像の異常を検知することができる。
う場は、前記差分画像８の輝度ヒストグラム処理９を行
ない、この結果ヒストグラム１０が得られる。ヒストグ
ラム１０に画面変化がある時には、山１０−１があらわ
れる。２つの画像５、６に変化がないときには、この山
１０−１はあらわれない。この現象を使用してカメラ画
像の異常を検知することができる。
【００２７】次に計測結果の水位異常検知手段１２−４
による異常検知方法を図８により説明する。図８の１１
は、水位計測手段１２−１３による計測値を時間順にグ
ラフ化したものである。１１−１は計測データのグラ
フ、１１−２は移動平均値計算手段１２−５による水位
の移動平均値、１１−３は標準偏差計算手段１２−６に
よる上限の標準偏差限界、１１−４は下限の標準偏差限
界を示す。水位計測値は、急峻な変化は通常ないものと
する。急峻な変化のあった場合には、何らかの異常現象
が発生したものと考えるのである。このように考えるこ
とにより水位計測結果の異常を検知しアラームを出力し
て誤報の防止に役立てる。
による異常検知方法を図８により説明する。図８の１１
は、水位計測手段１２−１３による計測値を時間順にグ
ラフ化したものである。１１−１は計測データのグラ
フ、１１−２は移動平均値計算手段１２−５による水位
の移動平均値、１１−３は標準偏差計算手段１２−６に
よる上限の標準偏差限界、１１−４は下限の標準偏差限
界を示す。水位計測値は、急峻な変化は通常ないものと
する。急峻な変化のあった場合には、何らかの異常現象
が発生したものと考えるのである。このように考えるこ
とにより水位計測結果の異常を検知しアラームを出力し
て誤報の防止に役立てる。
【００２８】ここで移動平均値計算手段１２−５による
平均値１１−２と標準偏差計算手段１２−６による標準
偏差限界１１−３，１１−４（標準偏差σ）は常時計測
計算しておくものとする。なお、標準偏差σは、統計学
の標準偏差である。過去の一定期間について計算を実施
する。例えば、過去一定時間内の標準偏差を計算する。
水位計測データ（時系列）を下記とする。
平均値１１−２と標準偏差計算手段１２−６による標準
偏差限界１１−３，１１−４（標準偏差σ）は常時計測
計算しておくものとする。なお、標準偏差σは、統計学
の標準偏差である。過去の一定期間について計算を実施
する。例えば、過去一定時間内の標準偏差を計算する。
水位計測データ（時系列）を下記とする。
【００２９】 時刻 データ ｔ１ Ｔ１ ｔ２ Ｔ２ ｔ３ Ｔ３ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ｔｍ Ｔｍ ｔｎ Ｔｎ 移動平均値の計算結果Ｔｍｅａｎは、数４となる。ｎは
移動平均値を算出する時間内での計測回数
移動平均値を算出する時間内での計測回数
【００３０】
【数４】
【００３１】標準偏差σの計算結果は、数５となる。
【００３２】
【数５】
【００３３】ここで、平均値Ｔｍｅａｎ１１−２と標準
偏差σより水位計測値（瞬時値）Ｔｉの正常範囲は数６
となる。
偏差σより水位計測値（瞬時値）Ｔｉの正常範囲は数６
となる。
【００３４】
【数６】
【００３５】従って、異常範囲は数７となる。
【００３６】
【数７】
【００３７】このように標準偏差上限（Ｔｍｅａｎ＋
σ）１１−３、標準偏差下限（Ｔｍｅａｎ−σ）１１−
４が定められるが、より有効範囲を定めるには、平均値
１１−２に比較してどの程度の差がある時に異常とする
かが、問題である。そこで、例えば、ｍ，ｎを正の整数
とし、ｍ＜ｎとするとき、正常とする範囲を上限Ｔｍｅ
ａｎ＋ｎσ、下限Ｔｍｅａｎ−ｍσとするとよい。ここ
で下限Ｔｍｅａｎ−ｍσ＜Ｔｍｅａｎ＋ｎσとしたの
は、上限は堰を超える水を考慮する必要があるので厳し
くし、下限チェックは緩くてよく、これにより数８を正
常範囲と定義すればよい。システムや状況によりデータ
を入れ替えれば有効に動作させることができる。
σ）１１−３、標準偏差下限（Ｔｍｅａｎ−σ）１１−
４が定められるが、より有効範囲を定めるには、平均値
１１−２に比較してどの程度の差がある時に異常とする
かが、問題である。そこで、例えば、ｍ，ｎを正の整数
とし、ｍ＜ｎとするとき、正常とする範囲を上限Ｔｍｅ
ａｎ＋ｎσ、下限Ｔｍｅａｎ−ｍσとするとよい。ここ
で下限Ｔｍｅａｎ−ｍσ＜Ｔｍｅａｎ＋ｎσとしたの
は、上限は堰を超える水を考慮する必要があるので厳し
くし、下限チェックは緩くてよく、これにより数８を正
常範囲と定義すればよい。システムや状況によりデータ
を入れ替えれば有効に動作させることができる。
【００３８】
【数８】
【００３９】また、従って異常範囲は数９となる。
【００４０】
【数９】
【００４１】この異常範囲の検出により計測結果の異常
を検出することができる。
を検出することができる。
【００４２】図９は、本実施形態の図３の水位計測装置
のカメラ異常検知及び水位異常検知の処理手順を示すフ
ロー図である。先づ画像取込手段１２−１により量水標
の傾斜板と液面との境界部分をカメラ２で撮像したカメ
ラ画像を取り込む（ボックスＡ）。
のカメラ異常検知及び水位異常検知の処理手順を示すフ
ロー図である。先づ画像取込手段１２−１により量水標
の傾斜板と液面との境界部分をカメラ２で撮像したカメ
ラ画像を取り込む（ボックスＡ）。
【００４３】次に取り込んだ画像を用いてカメラ異常検
知手段１２−２によりカメラ異常を検知するための処理
をする（ボックスＢ）。この処理は、図７に説明した時
間差分画像のヒストグラム１０を解析して行なう。異常
の有無の判定（ボックスｃ）で異常があるときは、異常
処理（ボックスＫ）に処理を移し、正常時には、次の処
理に移行する。取り込んだ画像入力から水位計測手段１
２−３により水位計測を行なう（ボックスＤ）。水位計
測はカメラ画像の背景から傾斜図形部の変曲点を検知
し、該変曲点部分の座標を画像内液面位置座標とし、該
画像内液面位置座標を画像座標系から世界座標系に座標
変換して水位を求める。
知手段１２−２によりカメラ異常を検知するための処理
をする（ボックスＢ）。この処理は、図７に説明した時
間差分画像のヒストグラム１０を解析して行なう。異常
の有無の判定（ボックスｃ）で異常があるときは、異常
処理（ボックスＫ）に処理を移し、正常時には、次の処
理に移行する。取り込んだ画像入力から水位計測手段１
２−３により水位計測を行なう（ボックスＤ）。水位計
測はカメラ画像の背景から傾斜図形部の変曲点を検知
し、該変曲点部分の座標を画像内液面位置座標とし、該
画像内液面位置座標を画像座標系から世界座標系に座標
変換して水位を求める。
【００４４】次に、水位異常検知手段１２−４により計
測した水位の異常検知処理を行なう（ボックスＥ）。水
位異常検知は、図８で説明した方法で行なう。計測値を
正常範囲と比較し異常の有無を判定し（ボックスＦ）、
異常であるときは、異常処理（ボックスＫ）に処理を移
し、正常な時には、次の正常範囲を定める処理を移行す
る。移動平均値計算手段１２−５により一定期間１１−
９の水位測定値１１−１より平均値１１−２を求める移
動平均値を計算（数４）する処理を行ない（ボックス
Ｇ）、一定期間の標準偏差（数５）を計算する処理をす
る（ボックスＨ）。計算された移動平均値と標準偏差か
ら正常範囲（数６又は数８）を出力する（ボックス
Ｊ）。
測した水位の異常検知処理を行なう（ボックスＥ）。水
位異常検知は、図８で説明した方法で行なう。計測値を
正常範囲と比較し異常の有無を判定し（ボックスＦ）、
異常であるときは、異常処理（ボックスＫ）に処理を移
し、正常な時には、次の正常範囲を定める処理を移行す
る。移動平均値計算手段１２−５により一定期間１１−
９の水位測定値１１−１より平均値１１−２を求める移
動平均値を計算（数４）する処理を行ない（ボックス
Ｇ）、一定期間の標準偏差（数５）を計算する処理をす
る（ボックスＨ）。計算された移動平均値と標準偏差か
ら正常範囲（数６又は数８）を出力する（ボックス
Ｊ）。
【００４５】以後、最初の処理に戻り計算結果を利用し
て水位計測値が正常範囲か否かを判定する（ボックス
Ｆ）。
て水位計測値が正常範囲か否かを判定する（ボックス
Ｆ）。
【００４６】図１０は、図７を用いたカメラ異常検知処
理（ボックスＢ）の詳細を示すフロー図である。画像取
込手段１２−１により前回取り込んだカメラ画像５と今
回取り込んだカメラ画像６を使用して、カメラ異常検知
手段１２−２により両画像間減算処理７をし、結果を差
分画像８とする（ボックスＢ−１００）。前記差分画像
について、輝度ヒストグラム９を作成し（ボックスＢ−
２００）、ヒストグラム１０の評価をする（ボックスＢ
−３００）。一定以上の山１０−１の有無を判定する
（ボックス−４００）。判定結果、山１０−１がある場
合はカメラは正常であるとみなし（ボックスＢ−５０
０）、次の計測処理に進む。山が無ければカメラ異常と
みなし（ボックスＢ−６００）、異常処理をする。
理（ボックスＢ）の詳細を示すフロー図である。画像取
込手段１２−１により前回取り込んだカメラ画像５と今
回取り込んだカメラ画像６を使用して、カメラ異常検知
手段１２−２により両画像間減算処理７をし、結果を差
分画像８とする（ボックスＢ−１００）。前記差分画像
について、輝度ヒストグラム９を作成し（ボックスＢ−
２００）、ヒストグラム１０の評価をする（ボックスＢ
−３００）。一定以上の山１０−１の有無を判定する
（ボックス−４００）。判定結果、山１０−１がある場
合はカメラは正常であるとみなし（ボックスＢ−５０
０）、次の計測処理に進む。山が無ければカメラ異常と
みなし（ボックスＢ−６００）、異常処理をする。
【００４７】以上は、カメラ異常検知処理を差分画像８
の輝度ヒストグラム処理をして得られたヒストグラム１
０の評価を行なうようにしたが、前回画像５と今回画像
６との時間差処理による時間差分画像８で評価し、差の
有無により異常判定を簡略的に行なうことができる。
の輝度ヒストグラム処理をして得られたヒストグラム１
０の評価を行なうようにしたが、前回画像５と今回画像
６との時間差処理による時間差分画像８で評価し、差の
有無により異常判定を簡略的に行なうことができる。
【００４８】本発明は、ダム、河川、湖、海、等の水位
計測以外に、油、溶液、土石流等の液位計測、その他の
表面レベルの計測等に適用できる。
計測以外に、油、溶液、土石流等の液位計測、その他の
表面レベルの計測等に適用できる。
【００４９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、カメラの
異常と液位計測結果の異常を容易に検知することがで
き、カメラが異常を発生しても誤報を防止でき、また何
らかの理由でカメラ画像の乱れ水位計測値の異常の場合
に誤報を防止することができる。
異常と液位計測結果の異常を容易に検知することがで
き、カメラが異常を発生しても誤報を防止でき、また何
らかの理由でカメラ画像の乱れ水位計測値の異常の場合
に誤報を防止することができる。
【図１】本発明の一実施形態の全体図。
【図２】本発明の一実施形態のハード構成図。
【図３】本発明の一実施形態のソフト構成図。
【図４】本発明の一実施形態の計測対象量水標の詳細
図。
図。
【図５】カメラ画像の一例示図。
【図６】座標変換データ設定の一例原理図。
【図７】カメラ画像異常検知の一例原理図。
【図８】水位計測結果の異常検知手順の説明図。
【図９】本発明の一実施形態の水位計測装置の処理手順
のフロー図。
のフロー図。
【図１０】本発明の一実施形態のカメラ画像異常検知の
処理手順のフロー図。
処理手順のフロー図。
【図１１】本発明の傾斜板の他の実施形態構造図。
１…画像処理装置、２…カメラ、３…計測対象物、４…
河川等の水面、１−１…ＣＰＵ、１−２…主メモリ、１
−３…バス、１−４…画像専用プロセッサ、１−５…画
像メモリ、１−６…外部インタフェース、１−７…出力
装置、１−８…モニタＴＶ、１２…水位計測装置ソフト
ウェア、１２−１…画像取込手段、１２−２…カメラ異
常検知手段、１２−３…水位計測手段、１２−４…水位
異常検知手段、１２−５…移動平均値計算手段、１２−
６…標準偏差計算手段、３…量水標、３−１…垂直量水
標、３−２…傾斜板、３−３…垂直標屈折像、３−４…
傾斜板屈折像、３−５…傾斜板反射像、３−６…変曲
点、４−１…水面、５，６…カメラ画像、８…差分画
像、１０…ヒストグラム、５−１…垂直量水標図形、５
−２…傾斜板図形、５−３…垂直標屈折像図形、５−４
…傾斜板屈折像図形、５−５…傾斜板反射像図形、５−
６…変曲点図形、５−７…水面図形、３−２１…フレー
ム、３−２２…複数の傾斜板、３−２３…バック板、３
−２４…傾斜板の絵。
河川等の水面、１−１…ＣＰＵ、１−２…主メモリ、１
−３…バス、１−４…画像専用プロセッサ、１−５…画
像メモリ、１−６…外部インタフェース、１−７…出力
装置、１−８…モニタＴＶ、１２…水位計測装置ソフト
ウェア、１２−１…画像取込手段、１２−２…カメラ異
常検知手段、１２−３…水位計測手段、１２−４…水位
異常検知手段、１２−５…移動平均値計算手段、１２−
６…標準偏差計算手段、３…量水標、３−１…垂直量水
標、３−２…傾斜板、３−３…垂直標屈折像、３−４…
傾斜板屈折像、３−５…傾斜板反射像、３−６…変曲
点、４−１…水面、５，６…カメラ画像、８…差分画
像、１０…ヒストグラム、５−１…垂直量水標図形、５
−２…傾斜板図形、５−３…垂直標屈折像図形、５−４
…傾斜板屈折像図形、５−５…傾斜板反射像図形、５−
６…変曲点図形、５−７…水面図形、３−２１…フレー
ム、３−２２…複数の傾斜板、３−２３…バック板、３
−２４…傾斜板の絵。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 康之 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 笠井 武郎 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 Ｆターム(参考） 2F014 FA04 GA01 2F065 AA02 AA24 BB01 BB11 BB22 CC00 DD08 FF04 FF27 FF32 FF61 JJ03 JJ19 JJ26 LL06 PP05 QQ00 QQ03 QQ24 QQ25 QQ41 QQ42 QQ43 SS09
Claims (9)
- 【請求項１】 液面位置撮像場所に傾斜板を有する量水
標を設置し、前記傾斜板と液面との境界部分シーンをカ
メラで撮像して取り込み、前記カメラ画像を画像処理し
て液位を計測する液位計測方法において、時間差を置い
てカメラ画像を取り込み、該取り込んだ２つのカメラ画
像間で時間差分画像を作成し、該差分画像によりカメラ
の異常を検知することを特徴とする液位計測方法。 - 【請求項２】 液面位置撮像場所に傾斜板を有する量水
標を設置し、前記傾斜板と液面との境界部分シーンをカ
メラで撮像して取り込み、前記カメラ画像を画像処理し
て液位を計測する液位計測方法において、時間差を置い
てカメラ画像を取り込み、該取り込んだ２つのカメラ画
像間で時間差分画像を作成し、該差分画像の輝度ヒスト
グラム処理をし、得られたヒストグラムの変化によりカ
メラの異常を検知することを特徴とする液位計測方法。 - 【請求項３】 液面位置撮像場所に傾斜板を有する量水
標を設置し、前記傾斜板と液面との境界部分シーンをカ
メラで撮像して取り込み、前記カメラ画像を画像処理し
て液位を計測する液位計測方法において、正常時に、時
間差を置いて計測した液位計測値より移動平均値及び標
準偏差を求め、該移動平均値と標準偏差より計測値の正
常範囲を設定し、最新の液位計測値を前記正常範囲と比
較することにより液位計測値の異常を検知することを特
徴とする液位計測方法。 - 【請求項４】 上記正常範囲を設定するに当り上記標準
偏差をシステムに応じて整数倍して設定することを特徴
とする請求項３記載の液位計測方法。 - 【請求項５】 液面位置撮像場所に設置する傾斜板を有
する量水標と、前記傾斜板と液面との境界部分シーンを
撮像して取り込むカメラと、前記カメラ画像を画像処理
して液位計測する画像処理装置とを備えた液位計測装置
において、前記画像処理装置は、前記カメラの撮像画像
を取り込む画像取込手段と、時間差を置いて取り込んだ
２つのカメラ画像間で時間差分画像を作成し該差分画像
によりカメラの異常を検知するカメラ異常検知手段とを
備えたことを特徴とする液位計測装置。 - 【請求項６】 上記カメラ異常検知手段は、上記差分画
像の輝度ヒストグラム処理をしてヒストグラムの変化よ
りカメラ異常を検知するものであることを特徴とする請
求項５記載の液位計測装置。 - 【請求項７】 液面位置撮像場所に設置する傾斜板を有
する量水標と、前記傾斜板と液面との境界部分シーンを
撮像して取り込むカメラと、前記カメラ画像を画像処理
して液位計測する画像処理装置とを備えた液位計測装置
において、前記画像処理装置は、前記カメラの撮像画像
を取り込む画像取込手段と、該取り込んだカメラ画像か
ら液位を計測する液位計測手段と、正常時に時間差を置
いて計測した液位計測値から移動平均値を算出する移動
平均値計算手段と、前記液位計測値と前記移動平均値よ
り標準偏差を算出する標準偏差計算手段と、前記移動平
均値と前記標準偏差より計測値の正常範囲を設定して最
新の液位計測値を前記正常範囲と比較することにより液
位計測値の異常を検知する液位異常検知手段とを備えた
ことを特徴とする液位計測装置。 - 【請求項８】 上記液位異常検知手段は、正常範囲を設
定するに当り上記標準偏差をシステムに応じて整数倍し
て正常範囲を設定するものであることを特徴とする請求
項７記載の液位計測装置。 - 【請求項９】 上記量水標の傾斜板は、複数の傾斜板又
は傾斜図形を高さ方向に多段に並べた構造になることを
特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の液位計測装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35822098A JP2000180246A (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | 液位計測方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35822098A JP2000180246A (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | 液位計測方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000180246A true JP2000180246A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18458166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35822098A Pending JP2000180246A (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | 液位計測方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000180246A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016501708A (ja) * | 2012-10-29 | 2016-01-21 | トタル ラフィナージュ シミ | 反応器への固体粒子の充填の管理方法 |
| CN111487016A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-04 | 华能四川水电有限公司 | 机组润滑油泄露故障诊断方法 |
-
1998
- 1998-12-16 JP JP35822098A patent/JP2000180246A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016501708A (ja) * | 2012-10-29 | 2016-01-21 | トタル ラフィナージュ シミ | 反応器への固体粒子の充填の管理方法 |
| CN111487016A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-04 | 华能四川水电有限公司 | 机组润滑油泄露故障诊断方法 |
| CN111487016B (zh) * | 2020-04-23 | 2022-05-03 | 华能四川能源开发有限公司 | 机组润滑油泄露故障诊断方法 |
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