JP2009507218A - 映像を用いた液体高さ測定システム及び方法 - Google Patents

映像を用いた液体高さ測定システム及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、映像を用いた液体高さ測定システム及び方法に係り、さらに具体的には、測定しようとする液体などから一定の距離離れて位置する、カメラなどの映像取込み装置を用いて、量水標が設けられた液体の近傍を撮影して、その撮影映像を分析することで、液体の高さを正確にかつ自動的に測定することができる、映像を用いた液体高さ測定システム及び装置に関する。
【解決手段】本発明による液体高さ測定システムは、測定対象となる液体に設けられる量水標と、前記量水標が設けられたところから一定の間隔離れて取り付けられ、前記量水標が設けられた前記液体の近傍を撮影して、映像を取り込む映像取込部と、前記映像取込部の映像取込みを制御する高さ認識部であって、前記映像取込部が取り込んだ映像を受信して、前記液体の高さを決定する高さ認識部とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像を用いた液体高さ測定システム及び方法に関し、さらに具体的には、測定しようとする液体などから一定の距離離れて位置する、カメラなどの映像取込み(capturing)装置を用いて、量水標が設けられた液体の近傍を撮影して、その撮影映像を分析することで、液体の高さを正確にかつ自動的に測定することができる、映像を用いた液体高さ測定システム及び方法に関する。
従来、液溜りタンク、ダムの水位または河川の水位など、液体の高さを測定する方法として種々の方法が知られている。最も単純な方法として、目盛りが表示された量水標を液体中に位置させて、目視でその高さ(レベル)を直接確認する方法がある。しかしながら、このような方法は、人の目で直接その高さを確認することができる長所があるが、その高さを人の目で直接確認しなければならないことから、その精度を確証することができないという短所がある。また、この方法では、自動測定を実現することができない。
目視で液体の高さを直接確認する方法以外に、自動的に液体の高さを測定する方法の一つとして、圧力センサを用いる方法がある。圧力センサを用いた液体の高さ測定方法は、液体中に圧力センサを位置させ、液体による圧力を測定して、当該液体によるセンサへの圧力を、液体の高さへ換算する方式を取っている。しかし、このような圧力センサを用いた液体の高さ測定は、液体中に圧力センサを位置させることにより、測定対象となる液体の流れによる圧力センサの移動、液体によるセンサの汚れ、液体表面の変化に対するセンサの感度の低下による誤差の発生など、様々な問題点を抱いている。
目視で液体の高さを直接確認する方法以外に、自動的に液体の高さを測定する他の方法として、超音波やレーダーセンサなどを用いた方法などがある。しかし、このような方法は、液体の高さを自動的に測定することができる長所があるものの、液体の表面の不規則な変化、または、液体の温度変化がある場合は、センサの誤差が増加して、その精度が低下するという短所がある。
既存の更に他の液体高さ測定方法として、液体の安定のために、管のような構造物を設置し、その構造物内に浮標(フロート)などを浮かして、液体の高さを測定する方法がある。このような方法は、液体の表面が安定的であることから、比較的に正確に液体の高さを測定することができる一方、構造物や管内に発生する異物によって、液体の高さ変化を敏感に反映することができない短所がある。
このように、既存の液体の高さを測定する方法や装置は、液体中にセンサや構造物を設置しなければならない短所を有しており、液体中に位置するセンサや機械装置の故障や誤作動の頻度が高いという限界を持っている。
更に、このような既存の液体測定装置または方法は、測定数値を確認する中央統制所などが遠隔地(遠方)に位置する場合は、測定対象となる液体の状況を、直接目視などで確認することができないため、測定される液体の高さに対する精度を確認することができない短所もある。
したがって、このような既存の液体高さ測定方法を改良して、より正確であり、より安定的に液体の高さを測定することができる、システムまたは方法に対する要望が存在する。
本発明の目的は、その高さを測定しようとする液体などから一定の距離離れて位置する、カメラなどの映像取込装置を用いて、量水標が設けられた液体の近傍を撮影して、その撮影映像を分析することで、液体の高さを正確にかつ自動的に測定することができる、映像を用いた液体高さ測定システム及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、中央管理装置で測定された液体高さと共に、液体の現状を確認することができる映像を、同時に伝送されて、測定された液体の高さの精度を検証することができる、映像を用いた液体高さ測定システム及び方法を提供することにある。
本発明の目的は、液体に設けられる量水標と、その量水標が設けられたところから一定の間隔離れて取り付けられ、前記量水標が設けられた前記液体の近傍を撮影して、映像を取り込む映像取込部と、前記映像取込部の映像取込みを制御する高さ認識部であって、前記映像取込部が取得した映像を受信して、前記液体の高さを決定する高さ認識部とを含む、映像を用いた液体高さ測定システムによって達成される。
前記映像取込部は、前記量水標が設けられた液体の近傍を撮影するカメラと、前記カメラを上下左右に移動させるパンチルト機構とを含み、前記高さ認識部は、前記カメラで撮影した映像を受信する映像受信部(image grabber)と、前記映像受信部から前記撮影映像を伝送されて、前記液体の高さを決定する主制御部と、前記主制御部の制御によって、前記カメラに対して撮影信号(trigger signal)を送信し、前記パンチルト機構に対してチルティング信号(tilting signal)を送信する撮影信号制御モジュールとを含む。
前記主制御部は、前記映像受信部から、前記カメラが撮影した映像信号を受信して、前記撮影映像の色濃度の変化量を決定し、予め設定された色濃度変化量の第1の閾値と比較して、もし前記撮影映像の色濃度変化量が前記第1の閾値よりも小さいと、前記撮影信号制御モジュールを通じて、前記パンチルト機構を制御して、前記カメラを移動させた後、前記カメラに撮影信号を再度送信する。
また、前記主制御部は、前記映像受信部から、前記カメラが撮影した映像を伝送され、前記映像から、色濃度に応じてデジタル化された映像を生成して、液体の表面を認識し、前記デジタル化された映像から、前記水位標に刻まれた数字を認識し、前記認識した数字中の最小値を決定し、前記液体の表面から前記最小値に該当する数字までの垂直方向におけるピクセル数を認識し、前記デジタル化された映像から、決定した最小値から液体の表面までの距離を演算し、前記最小値から、前記演算した距離を引き算(減算)して、前記液体の高さを決定する。
前記主制御部は、前記色濃度に応じてデジタル化された映像を、予め設定された第2の閾値と比較して、前記第2の閾値を超過する境界部分を、液体の表面として認識し、前記主制御部は、前記デジタル化された映像から、一定の範囲以内の数値を有する連続した数値の領域を分離し、前記連続した数値のフォントを、予め格納されたフォントデータと比較して、数字を認識する。
前記主制御部は、前記撮影信号制御モジュールを制御して、前記カメラが少なくとも3つの連続した数字を撮影するように制御し、前記主制御部は、前記デジタル化された映像から認識した数字が、連続した少なくとも3つの数字でない場合には、エラーとして認識し、前記撮影信号制御モジュールを通じて、前記カメラに再度撮影を行わせることが好ましい。
更に、前記主制御部は、前記デジタル化された映像から認識した、液体の表面から前記最小値に該当する数字までの垂直方向におけるピクセル数を、前記量水標の隣接する数字間のピクセル数と比較して、前記最小値から前記液体表面までの距離を演算するようになる。
また、 前記映像取込部は、前記撮影信号制御モジュールの制御を受ける照明装置を更に含むことが望ましく、前記制御部は、前記映像受信部から受信した映像の色濃度が、予め設定された基準値以下の場合に、前記撮影信号制御モジュールを制御して、前記照明装置を作動させた後、前記カメラに再撮影信号を伝送することが望ましい。
また、前記量水標は、水位を表す前記数字の他に、前記数字間に補助目盛りが形成されており、前記カメラが撮影した映像から、目視で液体の高さを判別できるものが望ましく、前記高さ認識部は、前記制御部の制御を受ける伝送手段を更に含み、前記制御部の制御によって、前記伝送手段は、前記カメラが撮影した映像と、前記制御部で決定された液体の高さとを、遠隔地に位置する中央管理装置へ伝送することが望ましい。
前記液体の高さは、以下に例示するものに限定されることなく、液溜りタンクの高さ、ダムの水位及び河川の水位のいずれか一つであってもよい。
本発明の目的は、更に、測定対象となる液体に量水標を設ける工程と、前記量水標が設けられたところから一定の間隔離れて設置されたカメラを用いて、前記量水標が設けられた前記液体の近傍を撮影して、映像を取り込む工程と、前記取り込まれた映像から、前記液体の高さを決定する工程とを含む、映像を用いた液体高さ測定方法によって達成されることができる。
ここで、前記液体の近傍を撮影して映像を取り込む工程は、前記量水標が位置する任意の領域を、カメラを用いて撮影する工程と、前記任意の領域を撮影した全映像の色濃度変化量を決定し、予め設定された色濃度変化量の第1の閾値と比較する工程と、もし前記比較工程において、前記任意の領域を撮影した映像の色濃度変化量が、前記第1の閾値よりも小さいと、前記カメラをチルティングして再び撮影する工程と、もし前記比較工程において、前記任意の領域を撮影した映像の色濃度変化量が、前記第1の閾値よりも大きいと、前記撮影された映像が、前記量水標が設けられた前記液体の表面にあることと見做す工程とを含むことができる。
また、前記液体の高さを決定する工程は、前記映像を取り込む工程において取り込まれた映像から、色濃度に応じてデジタル化された映像を得て、液体の表面を認識する工程と、前記デジタル化された映像から、前記量水標に刻まれた数字を認識し、前記認識した数字中の最小値を決定する工程と、前記液体の表面から前記最小値に該当する数字までの垂直方向におけるピクセル数を認識して、前記デジタル化された映像から、決定した最小値から液体の表面までの距離を演算する工程と、前記最小値の決定工程において決定された最小値から、前記距離演算工程において演算した距離を引き算して、前記液体の高さを決定する工程とを含むことができる。
本発明によれば、既存の液体高さ測定装置や方法において限界として作用していた様々な事項、すなわち、液体高さ測定に必要となるセンサ又は構造物から液体が影響されて、誤差を生じる点、センサなどが液体中に位置して発生する誤差若しくはメインテナンス次元の不都合、及び、遠隔地測定において現地の測定基準とされる部分を目視で確認できない点、等を改善することで、液体表面の高さを、液体と非接触式で正確に測定し、液体表面が位置する映像を管理者などに伝達して、発生し得るエラーを検証して、正確にかつ安定に液体表面の高さを測定することができるなどの效果を奏する。
以下、例示として、本発明による好適な実施例を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の一つの実施例に係る映像を用いた液体高さ測定システムの概略図を示す図である。
図1に示されたように、本発明の一つの実施例に係る映像を用いた液体高さ測定システムは、液体(105)に設置され、液体の高さが認識できる主目盛りである数字及び補助目盛りが刻まれている量水標（水位標）(101)と、水位標(101)から一定の間隔離れて、支持台(107)などによって取り付けられ、水位標(101)が設けられた液体表面の近傍(106)を撮影して、映像を取り込む映像取込部(102)と、映像取込部(102)に連結され、映像取込部(102)の映像取込みを制御し、映像取込部(102)が取得した映像を受信して、液体(105)の高さを決定する高さ認識部(103)とを含む。
また、図1に示されたように、本発明の一つの実施例に係る映像を用いた液体高さ測定システムは、有無線などの伝送手段を通じて、高さ認識部(103)において認識した液体(105)の高さ及び、映像取込部(102)において取得した映像を受信する、遠隔地(遠方)に位置する中央管理装置(104)を含んでいてもよい。
図2は、本発明の一つの実施例に係る映像を用いた液体高さ測定システムの映像取込部(102)と、高さ認識部(103)とのブロック図を示すものである。
図2に示されたように、映像取込部(102)は、水位標(101)が設けられた液体の近傍(106)を撮影するカメラ(205)と、そのカメラ(205)を上下左右に移動させるパンチルト機構(206)とを含み、更に、カメラ(205)のズーム及び焦点を合わせるためのレンズ制御モジュール(208)、及び、撮影付近の照度を合わせるための照明装置(207)とを含む。
また、図2に示された高さ認識部(103)は、カメラ(205)で撮影した映像を受信する映像受信部(image grabber)(203)と、映像受信部(203)から、カメラ(205)が撮影した映像を伝送されて、測定対象となる液体の高さを決定する主制御部(201)と、主制御部(201)の制御によって、カメラ(205)に撮影信号(trigger signal)を送信し、パンチルト機構(206)に、カメラ(205)を上下左右に移動させるためのチルティング信号を送信し、水位標(101)が設けられた液体の近傍(106)を正確に撮影するために、カメラのレンズを制御するレンズ制御モジュール(208)に、制御信号を送信する撮影信号制御モジュール(202)と、主制御部(204)から、撮影映像と液体の高さデータとを、中央管理装置(104)へ伝送する伝送手段(204)とを含む。
図3は、本発明に一つの実施例に係る映像を用いた液体高さ測定システムの水位標の一例を示すものである。
図3に示されたように、液体に設けられる(一般的に、液体に垂直に浸かるように設けられる)水位標(101)は、主目盛りである数字(301)と補助目盛り(302)とから構成され、各数字の上下には、境界標示(境界線)(303)が刻まれている。 境界標示(303)間の距離は、予め定められた距離、例えば10cmなどにしてもよい。また、水位標に刻まれている主目盛りである数字(301)は、高さ認識部(103)の主制御部(201)が直接認識可能な特定のフォントで構成されていることが望ましい。
図4は、図3に示されている水位標(101)が、液体(105)に設けられている様子を示すものであり、このように水位標(101)は、その測定誤差を減らすために、高さ測定対象となる液体(105)中に垂直に浸かって設けられることが望ましい。
今、本発明の一つの実施例に係る映像を用いた液体の高さ測定システムの映像取込みから、液体の高さを決定する過程までを説明すれば、以下の通りである。
高さ認識部(103)の主制御部(201)は、撮影信号制御モジュール(202)を制御し、映像取込部(102)のカメラ(205)に撮影信号(trigger signal)を送信する。すると、カメラ(205)は、水位標(101)が設けられた任意の領域に対し予め設定された撮影領域を、撮影する。カメラ(205)は、このように撮影した映像を、映像受信部(203)に、取込映像データとして伝送し、また、映像受信部(203)は、主制御部(201)に、カメラ(205)から伝送された取込映像データを伝送する。
主制御部(201)は、映像受信部(203)から受信したカメラ(205)の取込映像データを、分析することになる。すなわち、主制御部(201)は、カメラ(205)が撮影した撮影映像の全体的な色濃度変化量を、決定する。
図5Aは、主制御部(201)に格納されている例示的な標準的な映像を示し、 図5Bは、水位標(101)が設けられた任意の領域に対し予め設定された撮影領域を、カメラ(205)が撮影した、例示的な実際の撮影映像を示すものである。
主制御部(201)は、図5Bに示されているような、カメラ(205)が撮影した実際の撮影映像を分析する前に、図5Aに示されている標準的な映像の各ピクセルに対して、X方向及びY方向の色濃度変化量を予め決定し、そのような映像に対する標準的なX方向及びY方向における各ピクセルの色濃度変化量の許容可能な閾値、或いは閾値の範囲を設定しておく。該色濃度変化量の閾値或いは閾値の範囲は、各ピクセルのX方向及びY方向に対し、テーブル状に、主制御部(201)に格納されてもよい。
主制御部(201)は、図5Bのような実際の撮影映像を、映像受信部(203)から受信し、その実際の撮影映像を分析する。すなわち、主制御部(201)は、図5Bに示された実際の撮影映像の各ピクセルに対するX方向及びY方向における色濃度変化量を決定し、図5Aに示された標準的な映像に対して予め設定しておいた、色濃度変化量の閾値と互いに比較する。もし、このような映像分析において、実際撮影された映像の分析データが、予め設定しておいた色濃度変化量の閾値からずれる場合に、主制御部(201)は、実際の撮影映像の色濃度変化量と、予め設定しておいた閾値とを比較し、その閾値内に収まるように、2次元映像のX方向及びY方向の移動変位(displacements)を決定する。次いで、そのX方向及びY方向の2次元映像の移動変位を取得するために、カメラ(205)の3次元移動範囲を決定する。ここで、 カメラ(205)の3次元移動変位は、上下左右への回転運動を含めてもよい。
このようにカメラ(205)で任意に撮影した映像に対して、上記のような分析が終わると、先に決定された2次元映像のX方向及びY方向の移動変位に応じたカメラ(205)の3次元的な移動を制御するために、主制御部(201)は、撮影信号制御モジュール(202)を通じて、先に決定された通りカメラ(205)が移動するように、パンチルト機構(206)を制御する。
加えて、主制御部(201)は、撮影映像の照度が低くて、撮影映像の色濃度が、予め設定された基準値以下の場合でも、撮影信号制御モジュール(202)を通じて、照明装置(207)の点滅と、その照明の強さとを制御する。従って、本発明の一つの実施例に係る映像を用いた液体高さ測定システムの照明装置は、その照度の強さを調節することができるのが望ましい。
このように再撮影に対する設定が行われると、主制御部(201)は、撮影信号制御モジュール(202)を通じて、カメラ(205)に再撮影信号を送る。カメラ(205)は、そのように設定された領域に対して再撮影を行い、その後、映像受信部(203)を通じて、撮影した映像を主制御部(201)に伝送する。主制御部(201)は、そのようにして再び受信した映像データを、先に説明したような過程を経て、再び図5Aに示された標準映像と比較して、カメラ(205)の再撮影可否を決定するようになる。図5Cは、そのようにパンチルト機構(206)を作動させて、カメラ(205)を移動させた後、再撮影した映像の一例を示すものである。もし、再撮影した映像が、図5Aに示された標準映像の色濃度の閾値以内に収まるようになると、主制御部(201)は、液体の高さを決定するための過程を経る。
具体的に、主制御部(201)は、再撮影した映像が、図5Aに示された標準映像の色濃度の閾値以内に収まると判断すれば、まず、主制御部(201)は、カメラ(205)が撮影した映像から、各ピクセルの色濃度に応じてデジタル化された映像を生成して、液体の表面を認識する。これを、図5Cを参照しながら詳細に説明する。主制御部(201)は、図5Cに示された映像を参照にして、 各ピクセルの色濃度に応じてデジタル化された映像を生成する。そして、Y方向における色濃度の変化(gradient)を検証して、予め定められた閾値を超過し始めるピクセルに該当する部分を、液体の表面(501)として認識する。
その後、主制御部(201)は、上記のように図5Cの映像を参照にして、色濃度に応じてデジタル化された映像から、水位標(101)に刻まれた数字を認識するようになる。具体的に、主制御部(201)は、まず、デジタル化された映像から、一定の範囲以内の数値を有する連続した数値の領域を、分離する。図5Cを参照すれば、主制御部(201)は、一定の範囲以内の数値を有する連続した数値の領域として、数字の007、008、009を分離することである。このようにデジタル化された映像から分離した007、008、009といった数字は、主制御部(201)に予め格納された数字フォントデータと比較される。先でも簡単に説明したように、水位標(101)に刻まれた数字は、特定のフォントを有しており、この特定のフォントは、このように主制御部(201)に格納された数字フォントに応じて作成されるものである。従って、主制御部(201)は、デジタル化された映像から分離した数字を、予め格納された数字フォントによって判別することができるようになる。このようにデジタル化された映像から数字が判別されると、主制御部(201)は、該判別した数字から、最小値を決定する。図5Cの映像において、最小値は007になるだろう。
次に、主制御部(201)は、色濃度に応じてデジタル化された映像から、最小値に該当する、図5Cにおいて007の下部にある境界標示(502)を認識するようになる。そのような境界標示(502)の認識は、先に説明した液体表面(501)の認識方法と同様な方式で行われる。そのように最小値に該当する数字の下部にある境界標示(502)を認識した後には、その境界標示(502)から、先に認識した液体表面(501)までのピクセル数を計数し、更に、認識した数字間の境界標示の間のピクセル数を、計数する。この場合、映像の歪みなどを考慮すれば、最小値である007の上下の境界標示間のピクセル数を、計数することが最も望ましいことであろう。このように、先に述べたピクセル数を認識した後には、境界標示(502)から液体表面(501)までのピクセル数を、数字間の境界標示のピクセル数と比較して、境界標示(502)から液体表面(501)までの距離を演算する。たとえば、仮に、水位標(101)から境界標示の間の距離が、10cmであり、先にカウンティングした数字の上下の境界標示のピクセル数が、100であり、境界標示(502)から液体表面(501)のピクセル数が、40であるとすると、境界標示(502)から液体表面(501)までの距離は、4cmとなる。
このように、デジタル化された映像における最小値と最小値との境界標示から液体表面までの距離が演算された後、主制御部(201)は、最小値から、境界標示から液体表面までの距離を引き算して、カメラが撮影した映像から、液体の高さを決定する。例えば、図5Cの場合、液体の高さは、最小値である007から、境界標示から液体表面までの距離である 4cmを引き算すると、64cmの液体高さが得られるようになる。
また、カメラ(205)が撮影する映像に含まれる水位標(101)の数字は、少なくとも3つの連続した数字であることが望ましい。このような撮影される数字の数は、主制御部(201)で数字を認識して撮影された数字が、連続した3つの数字未満の場合、主制御部(201)は、撮影信号制御モジュール(202)を通じて、レンズ制御モジュール(208)を制御し、撮影される水位標(101)の数字が、少なくとも3つ以上になるように制御可能である。このようにして、制御部(201)は、水位標(101)で3つ以上の数字を撮影するようにした後、撮影映像から生成されるデジタル化された映像から読み取った数字が、連続した少なくとも3つ以上の数字でない場合は、エラーとして認識し、撮影信号制御モジュール(202)を通じて、カメラ(203)に再撮影信号を伝送するようになる。
更に、先に述べたように、水位標(101)には、主目盛りである数字の他にも、補助目盛りが形成されているので、カメラ(205)が撮影した映像から、直接液体高さを判別することができる。
この場合、先に述べたように、高さ認識部(103)は、前の過程を経て得た液体高さデータと、カメラ(205)が撮影した映像とを、伝送手段(204)を通じて、遠隔地に位置する中央管理装置(104)に伝送する。中央管理装置(104)においては、液体高さ測定システムからこのように伝送されてくる撮影映像と液体高さ測定データとを比較することで、液体高さ測定システムにおいてエラーを生じることなく、液体の高さを測定しているか否かを検証できるようになる。
本発明の一つの実施例に係わる映像を用いた液体高さ測定システムは、 例示的に、液溜りタンクの高さ、ダムの水位または河川の水位を、自動的に測定するのに適用されることができるだろう。
また更に、先に述べた色濃度を、グレーレベル(gray level)に置き換え、色濃度に応じてデジタル化された映像を、特定の閾値を基準として生成される2値化映像(binary image)に置き換えることもできる。
次に、本発明の一つの実施例に係わる映像を用いた液体高さ測定方法を、説明すると、以下の通りである。
図6は、本発明の一つの実施例に係わる映像を用いた液体高さ測定方法を、フローチャートで示す図である。
図6に示されたように、本発明の一つの実施例に係わる映像を用いた液体高さ測定方法は、測定対象となる液体に水位標を設ける工程(S100)と、水位標が設けられたところから一定の間隔離れて設置されたカメラを用いて、水位標が設けられた液体の近傍を撮影して、映像を取り込む工程(S200)と、そのように取り込まれた映像から、測定対象となる液体の高さを決定する工程(S300)とから構成される。
各工程を具体的に説明すると、以下の通りである。
図7は、図6に示されている映像取込み工程を具体化したフローチャートである。
図7に示されているように、映像を取り込む工程は、まず、工程(S201)において、任意の領域を撮影する。次いで、工程(S202)においては、工程(S201)で取り込まれた映像の色濃度変化量を決定した後、その決定した色濃度変化量と、予め設定された第1の閾値とを比較する。この工程(202)での予め設定される第1の閾値は、図5Aに示されている標準映像を基準として設定することができる。工程(S202)において、色濃度変化量が、予め設定された第1の閾値を超えないと判断されると、工程(S202)から工程(S203)へ進んで、カメラをチルティングし、更に、工程(S202)から工程(201)に移り、カメラを用いて、水位標が設けられた液体表面の近傍を撮影する。 工程(S202)において、撮影映像の色濃度変化量が、予め設定された第1の閾値を超えると判断されると、工程(S202)から工程(S203)へ進んで、水位標が液体の近傍にあると判断し、図6の液体高さ決定工程(S300)へ移行していく。
図8は、図6の液体高さ決定工程の具体的な過程を、フローチャートで示すものである。
図8に示されたように、液体高さ決定工程(S300)は、まず、工程(S301)において、工程(200)で取り込まれた映像から、色濃度に応じてデジタル化された映像を認識することで、液体表面を認識する。具体的に、工程(301)においては、色濃度に応じてデジタル化された映像から、第2の閾値を設定し、該第2の閾値を超える境界部分を、液体表面として認識することである。この工程においては、図5Aに示された標準映像を用いて、第2の閾値を設定することができる。
次に、工程(302)においては、工程(301)で色濃度に応じてデジタル化された映像から、取り込んだ映像の水位標に刻まれた数字を認識して、最小値を決定する。具体的に、工程(302)においては、色濃度に応じてデジタル化された映像から、一定の範囲以内の数値を有する連続した数値の領域を分離し、連続した数値のフォントを、予め格納されたフォントデータと比較して、数字を認識し、その認識した数字中の最小値を決定することである。
工程(302)において数字を認識して最小値が決定されると、工程(303)においては、認識した最小値から液体表面までの距離を演算する。具体的に、工程(303)においては、工程(301)で認識した液体表面から、工程(302)で決定された最小値に該当する数字までの垂直方向におけるピクセル数を、水位標の隣接する数字間のピクセル数と比較して、最小値から液体表面までの距離を演算することである。
そして、工程(S304)においては、測定対象となる液体の高さを決定する。具体的には、工程(302)において決定された最小値から、工程(S303)で演算した距離を引き算して、液体の高さを決定することである。
図6における映像を取り込む工程(S200)は、水位標中で少なくとも3つの連続した数字を撮影する工程を含む。図8における数字認識及び最小値決定工程(S302)は、色濃度に応じてデジタル化された映像から認識した数字が、連続した少なくとも3つの数字でない場合は、エラーとして判断して、図6における映像取込み工程(S200)へ戻る工程を含むことが望ましい。これは、液体の高さ測定過程で発生し得るエラーを、予め検証する必要があるためである。
また、図6における映像取込み工程(S200)は、照明を点滅及び調節する工程を含んでもよい。これは、照度があまり低すぎた場合に、色濃度を適切な水準に保つためである。
なお、本発明の一つの実施例に係わる映像を用いた液体高さ測定方法は、工程(S200)で取り込んだ映像と、工程(S304)で決定された液体の高さとを、遠隔地に位置する中央管理装置に伝送する工程を、更に含んでもよい。これは、中央管理装置において、本発明の一つの実施例に係わる映像を用いた液体高さ測定方法により測定された、液体高さの精度(正確度)を検証するためのものである。すなわち、中央管理装置においては、このような過程を経て、映像を通じて目視で確認できる液体の高さと、実際に測定されたデータとを比較することで、本発明の一つの実施例に係わる映像を用いた液体高さ測定方法のエラー可否を、確認することができることである。
以上、本発明に係わる好ましい実施例について説明してきた。しかし、上述したような実施例は、ただ例示に過ぎなく、本発明の範囲を何等限定するものではない。すなわち、本発明の属している技術分野において通常の知識を有する者なら、本発明の好ましい実施例を参照して、様々な変形を導き出すことができるだろう。従って、本発明の技術的な権利範囲は、添付した請求項らのみによって解釈されるべきであろう。
本発明の一つの実施例に係る映像を用いた液体高さ測定システムの概略図を示す図である。 本発明の一つの実施例に係る映像を用いた液体高さ測定システムの映像取込部と高さ認識部とを、ブロック図で示す図である。 本発明の一つの実施例に係る映像を用いた液体高さ測定システムの量水標の一例を示す図である。 図３の量水標が、測定対象となる液体に設けられている、例示的な様子を模式的に示す図である。 比較対象となる例示的な標準的な映像を模式的に示す図である。 量水標が設けられた任意の領域に対して予め設定された撮影領域に対して、カメラによって撮影された例示的な実際の撮影映像を、模式的に示す図である。 カメラのチルティング後、再撮影した映像を模式的に示す図である。 本発明の一つの実施例に係る映像を用いた液体高さ測定方法を、フローチャートで示す図である。 図６の映像取込み段階の具体的な過程を、フローチャートで示す図である。 図６の液体高さ決定段階の具体的な過程を、フローチャートで示す図である。
符号の説明
１０１： 量水標、 １０２：映像取込部、１０３：高さ認識部、 １０４：中央管理装置、２０１：主制御部、２０２：撮影信号制御モジュール、２０３：映像受信部、２０４：伝送手段、２０５：カメラ、２０６：パンチルト機構、２０７：照明装置、２０８：レンズ制御モジュール。

Claims (23)

  1. 映像を用いた液体高さ測定システムであって、
    前記液体に設けられる量水標と、
    前記量水標が設けられたところから一定の間隔離れて取り付けられ、前記量水標が設けられた前記液体の近傍を撮影して、映像を取り込む映像取込部と、
    前記映像取込部の映像取込みを制御する高さ認識部であって、前記映像取込部が取得した映像を受信して、前記液体の高さを決定する高さ認識部と、
    を含むことを特徴とする、映像を用いた液体高さ測定システム。
  2. 前記映像取込部は、前記量水標が設けられた前記液体の近傍を撮影するカメラと、前記カメラを上下左右に移動させるパンチルト機構とを含み、
    前記高さ認識部は、前記カメラで撮影した映像を受信する映像受信部(image grabber)と、前記映像受信部から前記撮影映像を伝送されて、前記液体の高さを決定する主制御部と、前記主制御部の制御によって、前記カメラに対して撮影信号(trigger signal)を送信し、前記パンチルト機構に対してチルティング信号(tilting signal)を送信する撮影信号制御モジュールとを含むことを特徴とする請求項１に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  3. 前記主制御部は、前記映像受信部から、前記カメラが撮影した映像信号を受信して、前記撮影映像の色濃度変化量を決定し、予め設定された色濃度変化量の第１の閾値と比較して、前記撮影映像の色濃度変化量が、前記第１の閾値よりも小さい場合には、前記撮影信号制御モジュールを通じて、前記パンチルト機構を制御して、前記カメラを移動させた後、前記カメラに撮影信号を再度送信することを特徴とする請求項２に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  4. 前記主制御部は、前記映像受信部から、前記カメラが撮影した映像を伝送されて、前記映像から、色濃度に応じてデジタル化された映像を生成し、液体の表面を認識し、前記デジタル化された映像から、前記量水標に刻まれた数字を認識し、前記認識した数字中の最小値を決定し、前記液体表面から前記最小値に該当する数字までの垂直方向におけるピクセル数を認識し、前記デジタル化された映像から、決定した最小値から液体表面までの距離を演算し、前記最小値から、前記演算した距離を引き算して、前記液体の高さを決定することを特徴とする請求項２に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  5. 前記主制御部は、前記色濃度に応じてデジタル化された映像を、予め設定された第２の閾値と比較し、前記第２の閾値を超える境界部分を、液体の表面として認識することを特徴とする請求項４に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  6. 前記主制御部は、前記デジタル化された映像から、一定の範囲以内の数値を有する連続した数値の領域を分離し、前記連続した数値のフォントを、予め格納されたフォントデータと比較して、数字を認識することを特徴とする請求項４に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  7. 前記主制御部は、前記デジタル化された映像から認識した、液体表面から前記最小値に該当する数字までの垂直方向におけるピクセル数を、前記量水標の隣接する数字間のピクセル数と比較して、前記最小値から前記液体表面までの距離を演算することを特徴とする請求項４に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  8. 前記主制御部は、前記撮影信号制御モジュールを制御して、前記カメラが少なくとも３つの連続した数字を撮影するように制御し、
    前記主制御部は、前記デジタル化された映像から認識した数字が、連続した少なくとも３つの数字でない場合は、エラーとして認識し、前記撮影信号制御モジュールを通じて、前記カメラに再度撮影を行わせることを特徴とする請求項４に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  9. 前記映像取込部は、前記撮影信号制御モジュールの制御を受ける照明装置を更に含み、
    前記制御部は、前記映像受信部から受信した映像の色濃度が、予め設定された基準値以下の場合に、前記撮影信号制御モジュールを制御して、前記照明装置を作動させた後、前記カメラに再撮影信号を伝送することを特徴とする請求項４に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  10. 前記量水標は、水位を表す前記数字の他に、前記数字間に補助目盛りが形成されており、前記カメラが撮影した映像から目視で液体の高さを判別することができることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  11. 前記高さ認識部は、前記制御部の制御を受ける伝送手段を更に含み、前記制御部の制御によって、前記伝送手段は、前記カメラが撮影した映像と、前記制御部で決定された液体の高さとを、遠隔地に位置する中央管理装置に伝送することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  12. 前記液体の高さは、液溜りタンクの高さ、ダムの水位及び河川の水位のいずれか一つであることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の、映像を用いた液体高さ測定システム。
  13. 映像を用いた液体高さ測定方法であって、
    前記液体に量水標を設ける第１の工程と、
    前記量水標が設けられたところから一定の間隔離れて設置されたカメラを用いて、前記量水標が設けられた前記液体の近傍を撮影して、映像を取り込む第２の工程と、
    前記取り込まれた映像から、前記液体の高さを決定する第３の工程と、
    を含むことを特徴とする、映像を用いた液体高さ測定方法。
  14. 前記第２の工程は、
    前記量水標が位置する任意の領域を、カメラを用いて撮影する工程と、
    前記任意の領域を撮影した全映像の色濃度変化量を決定し、予め設定された色濃度変化量の第１の閾値と比較する工程と、
    前記比較工程において、前記任意の領域を撮影した映像の色濃度変化量が、前記第１の閾値よりも小さいと、前記カメラをチルティングして、再度撮影する工程と、
    前記比較工程において、前記任意の領域を撮影した映像の色濃度変化量が、前記第１の閾値よりも大きいと、前記撮影された映像が、前記量水標が設けられた前記液体の表面にあることと見做す工程とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の、映像を用いた液体高さ測定方法。
  15. 前記第３の工程は、
    前記第２の工程において取り込まれた映像から、色濃度に応じてデジタル化された映像を生成して、液体の表面を認識する第４の工程と、
    前記デジタル化された映像から、前記量水標に刻まれた数字を認識して、前記認識した数字中の最小値を決定する第５の工程と、
    前記液体の表面から前記最小値に該当する数字までの垂直方向におけるピクセル数を認識し、前記デジタル化された映像から、決定した最小値から液体表面までの距離を演算する第６の工程と、
    前記第５の工程において決定した最小値から、前記第６の工程において演算した距離を引き算して、前記液体の高さを決定する第７の工程とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の、映像を用いた液体高さ測定方法。
  16. 前記第４の工程は、前記色濃度に応じてデジタル化された映像から、第２の閾値を設定し、前記第２の閾値を超える境界部分を、液体の表面として認識する工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の、映像を用いた液体高さ測定方法。
  17. 前記第５の工程は、前記デジタル化された映像から、一定の範囲以内の数値を有する連続した数値の領域を分離し、前記連続した数値のフォントを、予め格納されたフォントデータと比較して、数字を認識する工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の、映像を用いた液体高さ測定方法。
  18. 前記第６の工程は、前記第４の工程において認識した液体表面から、前記第５の工程において決定した最小値に該当する数字までの垂直方向におけるピクセル数を、前記量水標の隣接する数字間のピクセル数と比較して、前記最小値から前記液体表面までの距離を演算する工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の、映像を用いた液体高さ測定方法。
  19. 前記第２の工程は、前記量水標中で少なくとも３つの連続した数字を撮影する工程を含み、
    前記第５の工程は、前記デジタル化された映像から認識した数字が、連続した少なくとも３つの数字でない場合は、エラーとして認識し、前記第２の工程へ戻る工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の、映像を用いた液体高さ測定方法。
  20. 前記第２の工程は、照度を考慮して照明を点滅及び調整する工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の、映像を用いた液体高さ測定方法。
  21. 前記量水標は、水位を表す前記数字の他に、前記数字間に補助目盛りが形成されており、前記カメラが撮影した映像から目視で液体の高さを判別することができることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一項に記載の、映像を用いた液体高さ測定方法。
  22. 伝送手段を通じて、前記第２の工程において取り込んだ映像と、前記第７の工程において決定した液体の高さとを、遠隔地に位置する中央管理装置に伝送する第８の工程を、更に含むことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の、映像を用いた液体高さ測定方法。
  23. 前記液体の高さは、液溜りタンクの高さ、ダムの水位及び河川の水位のいずれか一つであることを特徴とする請求項１３から２１のいずれか一項に記載の、映像を用いた液体高さ測定方法。
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