JP2008232972A - Image analysis system, image analysis method, and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の撮像時間間隔で撮像された時系列の画像を比較して、測定対象の振動の様子、移動方向などの各種の挙動を解析する技術であって、特に、長距離離間した測定対象を撮像して解析する長距離型の画像解析システム及び該画像解析システムに用いられるコンピュータプログラムに関する。 The present invention is a technique for analyzing various behaviors such as a vibration state and a moving direction of a measurement target by comparing time-series images captured at a predetermined imaging time interval, and is particularly separated by a long distance. The present invention relates to a long-distance image analysis system that images and analyzes a measurement target, and a computer program used in the image analysis system.
例えば、送電線鉄塔や送電線の振動を非接触で計測する技術として、本出願人は、特許文献1として、長焦点光学系を備えた撮像手段を採用し、数十m〜数百m、あるいは数km離間した位置から測定対象の振動を計測できる粒子画像流速測定法(以下、「PIV」という)を応用した画像処理による振動計測技術を提案している。また、特許文献2には、同じく、長焦点光学系を備えた撮像手段とPIV解析手段を用いて、発電施設などの煙突から排出される煙、水蒸気、火山灰、黄砂などを遠方から観測するシステムを提案している。
特許文献1と特許文献2は測定対象が剛体であるか流体であるかの違いはあるが、いずれにしても、相互相関法、画像相関法によるPIV解析を利用して測定対象の振動や流れの方向などの挙動を解析する点で共通すると共に、長焦点光学系を採用して長距離離れた測定対象に対して適用可能にした点でも共通する。従って、測定距離が長くなればなるほど、測定時の温度、湿度などの変化に伴い、大気屈折率の影響が大きくなり、撮像する際の画像の揺れが激しくなる。このため、撮像した画像の位置が本来の画像の位置と一致しない場合がある。
In Patent Document 1 and
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、長焦点光学系を用いて長距離離れた測定対象の挙動を解析するに当たって、大気屈折率による測定対象の画像の揺れを容易に補正できる画像解析システム及び該画像解析システムに用いられるコンピュータプログラムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and in analyzing the behavior of a measurement object that is separated by a long distance using a long-focus optical system, image analysis that can easily correct the fluctuation of the measurement object image due to the atmospheric refractive index. It is an object of the present invention to provide a system and a computer program used for the image analysis system.
上記課題を解決するため、本発明の画像解析システムは、測定対象に対して所定の距離離れた位置に設置される撮像手段により所定の撮像時間間隔で測定対象を撮像し、得られた時系列の画像から測定対象に関する各画像間の速度データを求め、測定対象の挙動を解析するPIV解析手段が設定された画像処理手段を備えた長距離型の画像解析システムであって、
前記撮像手段による撮像視野内の一定位置にレーザ光を照射するレーザ光照射装置を有し、
前記画像処理手段には、前記撮像手段により撮像された前記測定対象とレーザ光との時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正する補正手段が設定されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the image analysis system of the present invention images a measurement object at a predetermined imaging time interval by an imaging unit installed at a position away from the measurement object by a predetermined distance, and obtains a time series obtained A long-distance image analysis system including an image processing unit in which a PIV analysis unit that analyzes the behavior of the measurement object is obtained from the image of
A laser beam irradiation device for irradiating a laser beam at a certain position within an imaging field by the imaging unit;
The image processing means obtains a difference in position of the laser light between the images based on a time-series image of the measurement object and laser light imaged by the imaging means, and uses the difference as a correction value. A correction means for correcting the position of the measurement object in each image is set.
また、本発明の画像解析方法は、測定対象に対して所定の距離離れた位置に設置される撮像手段により所定の撮像時間間隔で測定対象を撮像し、得られた時系列の画像から、PIV解析手段により、測定対象に関する各画像間の速度データを求め、測定対象の挙動を解析する画像解析方法であって、
前記撮像手段による撮像視野内の一定位置にレーザ光を照射し、
前記撮像手段により、前記測定対象と共にレーザ光も併せて撮像し、
前記撮像手段により撮像された前記測定対象とレーザ光との時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正することを特徴とする。
Further, the image analysis method of the present invention images a measurement object at a predetermined imaging time interval by an imaging unit installed at a position away from the measurement object by a predetermined distance, and from the obtained time-series images, PIV An image analysis method for obtaining velocity data between images related to a measurement object by an analysis means and analyzing the behavior of the measurement object,
Irradiating a laser beam at a certain position within an imaging field of view by the imaging means;
The imaging means also images the laser beam together with the measurement object,
Based on the time-series images of the measurement object and laser light imaged by the imaging means, a difference in position of the laser light between the images is obtained, and the difference is used as a correction value to determine the measurement object in each image. The position is corrected.
また、本発明のコンピュータプログラムは、測定対象に対して所定の距離離れた位置に設置される撮像手段により所定の撮像時間間隔で測定対象を撮像し、得られた時系列の画像から、PIV解析手段により、測定対象に関する各画像間の速度データを求め、測定対象の挙動を解析する長距離型の画像解析システムにおける画像処理手段を構成するコンピュータプログラムであって、
前記画像処理手段には、前記撮像手段により、撮像視野内の一定位置に照射されるレーザ光と共に撮像された前記測定対象の時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正する補正手段が設定されていることを特徴とする。
In addition, the computer program of the present invention images a measurement target at a predetermined imaging time interval by an imaging unit installed at a predetermined distance from the measurement target, and performs PIV analysis from the obtained time-series images. A computer program constituting image processing means in a long-distance type image analysis system for obtaining velocity data between images related to a measurement object by means and analyzing behavior of the measurement object,
The image processing means includes the position of the laser light between the images based on the time-series images of the measurement object picked up by the image pickup means together with the laser light irradiated to a certain position in the imaging field of view. A correction means is provided for calculating a difference and correcting the position of the measurement target in each image using the difference as a correction value.
本発明によれば、撮像手段によって、測定対象と共にレーザ光照射装置から照射されたレーザ光を撮像する。レーザ光と測定対象とは、大気屈折率に従って画像が揺れる際には、共に揺れる。その一方、振動、流れなどが生じた際には、測定対象は、それに従って、任意の方向に任意の距離だけ振動したり、移動したりするが、レーザ光は測定対象の振動等によっては変動しない。従って、各画像間におけるレーザ光の位置の差分(移動量及び移動方向)を求め、それを補正値として、測定対象の移動量、移動方向に加味すれば、大気屈折率の影響を容易に除去でき、長距離離れた測定対象の挙動を解析する場合の精度が向上する。 According to the present invention, the laser beam irradiated from the laser beam irradiation apparatus together with the measurement object is imaged by the imaging unit. The laser beam and the measurement object are shaken together when the image is shaken according to the atmospheric refractive index. On the other hand, when vibration, flow, etc. occur, the object to be measured vibrates or moves by an arbitrary distance in any direction, but the laser beam varies depending on the vibration of the object to be measured. do not do. Therefore, if the difference (movement amount and movement direction) of the position of the laser light between each image is obtained and taken as the correction value and taken into account the movement amount and movement direction of the measurement object, the influence of the atmospheric refractive index can be easily removed. This improves the accuracy in analyzing the behavior of a measurement object that is separated by a long distance.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて更に詳しく説明する。図1は、本発明の一の実施形態に係る画像解析システム1を示し、撮像手段としての、長焦点光学系3を備えたCCDカメラ2、コンピュータ4、レーザ光照射装置5等を備えて構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an image analysis system 1 according to an embodiment of the present invention, which includes a
CCDカメラ2に、長焦点光学系3が装着されるが、長焦点光学系3としては、単焦点系のレンズ(以下、「単レンズ」という)を用いることが好ましい。この場合、ターレットを設け、複数種類の単レンズを選択可能な構成とすることがより好ましい。ターレットを用いることにより、単レンズの自動選択も可能となる。ズーム機能を有するレンズの場合、一般に像面湾曲が大きい点が欠点であるが、高屈折率のガラスで安定した像が得られるものであれば使用できる。なお、本実施形態では、撮像手段として、CCD撮像素子を備えたカメラ(CCDカメラ)を使用しているが、これに代え、CMOS撮像素子を備えたカメラを用いることもできる。
A long-focus
コンピュータ4は、図1及び図2に示したように、CCDカメラ2に接続され、CCDカメラ2の駆動を制御する制御手段41と、CCDカメラ2により撮影された画像信号を受信して所定の処理を行う画像取り込み手段42及び画像処理手段43とを備えてなる。CCDカメラ2は、測定対象の画像を微小時間間隔で連続的に撮像する。制御手段41は、CCDカメラ2の焦点距離の調整等を行う。画像取り込み手段42は、CCDカメラ2からのマーカー画像の信号をデジタル化するフレームグラバボードを備えてなる。画像処理手段43は、コンピュータプログラムからなり、フレームグラバボードから出力されるデジタル画像信号を解析処理するが、詳細は後述する。なお、画像処理手段43の前段に、像の歪み収差などを補正する回路を設けることもできる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the computer 4 is connected to the
レーザ光照射装置5は、測定対象付近の一定位置にレーザ光を照射可能に設けられる。例えば、CCDカメラ2の本体の上部や側部に一体に取り付けられ、CCDカメラ2により撮像する際に、該レーザ光照射装置5が制御手段41により駆動され、レーザ光が照射される。また、CCDカメラ2により測定対象を撮像する際、その撮像視野に、照射されたレーザ光が含まれるように、CCDカメラ2の姿勢、あるいは、レーザ光照射装置5のレーザ光の照射方向等が制御手段41により調整される。これにより、測定対象を撮像すると、同時にレーザ光が撮像されることになる。なお、レーザ光照射装置5としては、特に、ビームスポット(レーザポインタのポインタ部分)がドットではなく、クロスやサークルの形状をしたものを用いると、遠距離測定に有利である。
The laser beam irradiation device 5 is provided so as to be able to irradiate a laser beam at a certain position near the measurement target. For example, it is attached integrally to the upper part or the side part of the main body of the
上記したコンピュータ4に設定される画像処理手段43には、コンピュータプログラムとしてのPIV解析手段431と補正手段432とが設定されている。PIV解析手段は、CCDカメラ2により微小時間間隔をおいて撮像された二時刻の画像を相互相関法、画像相関法、時空間微分法などのPIV手法を用いて比較解析する。
In the image processing means 43 set in the computer 4 described above, a PIV analysis means 431 and a correction means 432 are set as computer programs. The PIV analysis means performs comparative analysis of two-time images captured at a minute time interval by the
補正手段432は、撮像したレーザ光を標定点として利用するためのプログラムである。すなわち、CCDカメラ2により、測定対象を撮像する場合、CCDカメラ2の位置が一定で、大気屈折率に変化がなく、かつ、当該測定対象が静止状態であれば、測定対象は微小時間間隔をおいて撮像される各画像内での位置は同じであるはずである。しかし、CCDカメラ2の位置が一定であって測定対象が静止状態であっても、大気屈折率は時々刻々と変化するため、CCDカメラ2により撮像された画像内では測定対象の位置が画像間で変化する。特に、数十m〜数kmといった長距離離間すると、大気屈折率の変化による画像の揺れが大きい。このため、測定対象の位置が振動等により動いた場合、その移動量(移動方向)に、大気屈折率の変化による画像の揺れ量(揺れ方向)が含まれてしまうため、測定精度に影響がでる。しかし、本実施形態では、測定対象と共にレーザ光を撮像している。レーザ光は、大気屈折率の変化によって測定対象と共に揺れるが、測定対象自体の振動等の動きには影響されない。従って、かかるレーザ光を標定点とし、各画像間におけるレーザ光(標定点)の移動量、移動方向を補正値とすれば、これを測定対象の各画像間における移動量、移動方向に加味することにより、大気屈折率の変化による影響を除去できる。
The
具体的には、PIV解析手段431により、測定対象の移動量、移動方向を求めると共に、標定点としてのレーザ光の移動量、移動方向も求める。例えば、図3に示したように、第1時刻において、実線で示した測定対象がA点に位置していたとして、第2時刻において測定対象がB点に移ったとする。A点とB点の差をΔMとする。また、これに対応した第1時刻におけるレーザ光の位置と第2時刻におけるレーザ光の位置との差をΔLとする。そうすると、ΔLは、大気の屈折率の変化に伴う画像の揺れ分(揺れ量、揺れ方向)であり、ΔMは、測定対象の実際の移動量及び移動方向に、大気の揺れ分ΔLが含まれた大きさである。従って、ΔMのX方向、Y方向の値からΔLのX方向、Y方向の値を差し引きすれば、大気屈折率の変化による画像の揺れの影響が除去された測定対象の移動方向、移動量が求められる。 Specifically, the movement amount and movement direction of the measurement object are obtained by the PIV analysis means 431, and the movement amount and movement direction of the laser beam as the orientation point are also obtained. For example, as shown in FIG. 3, it is assumed that the measurement object indicated by the solid line is located at point A at the first time, and the measurement object moves to point B at the second time. The difference between point A and point B is ΔM. Further, the difference between the position of the laser beam at the first time and the position of the laser beam at the second time corresponding to this is ΔL. Then, ΔL is the amount of shaking of the image (the amount of shaking, the shaking direction) accompanying the change in the refractive index of the atmosphere, and ΔM includes the amount of shaking of the atmosphere ΔL in the actual amount and direction of movement of the measurement target. Size. Therefore, if the value of ΔL in the X direction and Y direction is subtracted from the value of ΔM in the X direction and Y direction, the moving direction and amount of movement of the measurement object from which the influence of the image shake due to the change in the atmospheric refractive index is removed can be obtained. Desired.
なお、上記した実施形態では、PIV解析手段431により、測定対象の各位置及びレーザ光の各位置を求めた後、補正手段432による補正を行っているが、補正手段432によって大気屈折率の変化による揺れ分を補正した後に、PIV解析手段431を適用して測定対象の位置を求めるようにしてもよい。この場合、例えば、第1時刻におけるレーザ光の位置を既知点(例えば、座標原点)とし、第2時刻におけるレーザ光の位置との差分(移動量、移動方向)を補正値として求め、この補正値を測定対象の各時刻における位置に加味すれば、大気屈折率の影響を除去でき、その後は、補正後のデータを用いてPIV解析手段431を適用すればよい。
In the above-described embodiment, the
以上のことから、本発明では、長距離離間した測定対象を撮像して解析する際に問題となる大気屈折率の変化の影響を除去することができる。このため、接近困難な遠方の種々の測定対象の挙動を解析するのに適しており、送電線鉄塔や送電線の振動などの非流体の挙動のほか、発電施設などの煙突から排出される煙、水蒸気、火山灰、黄砂などの流体の流れなどを解析するのにも適している。なお、長焦点光学系から測定対象までの距離は、長焦点光学系や使用する撮像素子の精度、レーザ光照射装置の照射距離によっても異なり、特に限定されるものではないが、入手可能な長焦点光学系等の性能を考慮すると、10m以上20km以下で用いることが実用的には好ましい。 From the above, in the present invention, it is possible to remove the influence of the change in the atmospheric refractive index, which is a problem when imaging and analyzing a measurement object separated by a long distance. For this reason, it is suitable for analyzing the behavior of various remote objects to be measured that are difficult to access. In addition to non-fluid behavior such as transmission towers and transmission line vibrations, smoke emitted from chimneys of power generation facilities, etc. It is also suitable for analyzing fluid flows such as water vapor, volcanic ash, and yellow sand. Note that the distance from the long-focus optical system to the object to be measured differs depending on the accuracy of the long-focus optical system and the imaging device used and the irradiation distance of the laser light irradiation device, and is not particularly limited. Considering the performance of the focusing optical system and the like, it is practically preferable to use the optical fiber at 10 m or more and 20 km or less.
1 画像解析システム
2 CCDカメラ
3 長焦点光学系
4 コンピュータ
41 制御手段
42 画像取り込み手段
43 画像処理手段
431 PIV解析手段
432 補正手段
5 レーザ光照射装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記撮像手段による撮像視野内の一定位置にレーザ光を照射するレーザ光照射装置を有し、
前記画像処理手段には、前記撮像手段により撮像された前記測定対象とレーザ光との時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正する補正手段が設定されていることを特徴とする画像解析システム。 Imaging the measurement target at a predetermined imaging time interval by an imaging means installed at a position away from the measurement target by a predetermined distance, and obtaining velocity data between the images related to the measurement target from the obtained time-series images, A long-distance image analysis system including an image processing unit in which a PIV analysis unit for analyzing a behavior of a measurement target is set,
A laser beam irradiation device for irradiating a laser beam at a certain position within an imaging field by the imaging unit;
The image processing means obtains a difference in position of the laser light between the images based on a time-series image of the measurement object and laser light imaged by the imaging means, and uses the difference as a correction value. An image analysis system in which correction means for correcting the position of the measurement target in each image is set.
前記撮像手段による撮像視野内の一定位置にレーザ光を照射し、
前記撮像手段により、前記測定対象と共にレーザ光も併せて撮像し、
前記撮像手段により撮像された前記測定対象とレーザ光との時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正することを特徴とする画像解析方法。 The measurement object is imaged at a predetermined imaging time interval by an imaging unit installed at a position away from the measurement object by a predetermined distance, and from the obtained time-series images, each image related to the measurement object is detected by the PIV analysis unit. An image analysis method for obtaining the velocity data of and analyzing the behavior of the measurement object,
Irradiating a laser beam at a certain position within an imaging field of view by the imaging means;
The imaging means also images the laser beam together with the measurement object,
Based on the time-series images of the measurement object and laser light imaged by the imaging means, a difference in position of the laser light between the images is obtained, and the difference is used as a correction value to determine the measurement object in each image. An image analysis method characterized by correcting a position.
前記画像処理手段には、前記撮像手段により、撮像視野内の一定位置に照射されるレーザ光と共に撮像された前記測定対象の時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正する補正手段が設定されていることを特徴とするコンピュータプログラム。 The measurement object is imaged at a predetermined imaging time interval by an imaging unit installed at a position away from the measurement object by a predetermined distance, and from the obtained time-series images, each image related to the measurement object is detected by the PIV analysis unit. Is a computer program that constitutes image processing means in a long-distance image analysis system that obtains velocity data and analyzes the behavior of a measurement object,
The image processing means includes the position of the laser light between the images based on the time-series images of the measurement object picked up by the image pickup means together with the laser light irradiated to a certain position in the imaging field of view. A computer program characterized in that correction means for determining a difference and correcting the position of a measurement object in each image is set using the difference as a correction value.
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JP2007076000A JP2008232972A (en) | 2007-03-23 | 2007-03-23 | Image analysis system, image analysis method, and computer program |
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---|---|---|---|---|
CN105675115A (en) * | 2016-01-18 | 2016-06-15 | 佛山科学技术学院 | Laser Doppler online vibration testing system and method |
CN109940267A (en) * | 2017-12-21 | 2019-06-28 | 株式会社安川电机 | Calibration method and calibrating installation |
JP2021043005A (en) * | 2019-09-09 | 2021-03-18 | 地方独立行政法人鳥取県産業技術センター | Vibration distribution visualization method, vibration distribution visualization device, and resonance location identification method |
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2007
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