JP2010134667A - 埃の浮遊軌跡情報の作成方法、作成プログラム及び作成システム - Google Patents

Abstract

【課題】比較的安価なシステムを用いても可能な埃の浮遊軌跡情報の取得方法。
【解決手段】撮影画像を撮影順に一枚ずつ取込む画像取込みステップと、取込み時刻が前後する前の取込み画像と後の取込み画像を画素毎に輝度に関して差分比較し、輝度が設定基準より上がった差分領域を当該後の取込み画像で初めて映し出された埃画像と確定する埃画像確定ステップと、前記背景画像データのうち前記埃画像に対応する位置の画素を埃描画データに書き換えることで背景画像に埃を上書き描画する埃描画ステップとを備え、撮影画像の取込み毎に、埃画像確定ステップと、埃描画ステップとを行うことで、背景画像に埃が累積描画された累積画像データを、埃の浮遊軌跡情報として作成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、埃の浮遊軌跡情報の作成方法、作成プログラム及び作成システムに係り、特に市販のＣＣＤカメラやレーザー以外の光源での比較的安価な機材の使用で、ミクロン単位の埃の浮遊軌跡情報を作成できるものに関する。

従来は、埃を可視化撮影する際には、レーザー光でシート光と呼ばれる薄い膜状の光を作り、そこを埃が通過する瞬間を高感度ＣＣＤカメラが捕らえていた。
この方法では、当該カメラは埃が通過する際の一瞬しか捕らえることができないので、埃の浮遊軌跡情報を得ることはできなかった。
而して、埃が存在すれば、室内環境への悪影響があるため、特許文献１に記載されているように、建物に集塵装置を備えさせて極力埃を除去しているが、埃の浮遊軌跡が分れば、それに基づいて発生位置、落下・付着位置、その間の飛翔経路を推測できるので、上記した集塵装置やその他のクリーン機器を効率的に働かせることができると考えられる。

特開２００７−３０１３４４号公報

それ故、本発明は、上記課題を解決するために、市販の安価な光源やカメラを使用できる、埃の浮遊軌跡情報を作成する方法、その方法の画像処理部分をコンピュータに実施させるためのプログラム、及び作成システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、以下の発明を提案する。
請求項１の発明は、埃の浮遊軌跡情報の作成方法であって、背景画像データを取得する背景画像取得ステップと、撮影画像を撮影順に一枚ずつ取込む画像取込みステップと、取込み時刻が前後する、前の取込み画像と後の取込み画像を画素毎に輝度に関して差分比較し、輝度が設定基準より上がった差分領域を、当該後の取込み画像で初めて現れた埃画像として確定する埃画像確定ステップと、前記背景画像データのうち前記埃画像に対応する位置の画素を、埃の表示に適した数値に書き換えることで背景画像に埃を上書き描画する埃描画ステップとを備え、撮影画像の取込み毎に、前記埃画像確定ステップと、前記埃描画ステップとを行うことで、背景画像に埃が累積描画された累積画像データを、埃の浮遊軌跡情報として作成することを特徴とする作成方法である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、埃画像確定ステップでは、境界線追跡により境界線として埃の輪郭線を検出し、埃描画ステップでは、当該輪郭線の座標データを埃描画データとして利用することを特徴とする作成方法である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、埃画像確定ステップは、差分領域の確定ステップと、差分領域に基づいてその後の取込み画像の異常をチェックするチェックステップとからなり、その後の取込み画像を異常と判断した場合には、それまでのデータを一旦リセットして、その次の取込み画像から埃の浮遊軌跡情報作成をやり直すことを特徴とする作成方法である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、背景画像データとして実写画像データを使用することを特徴とする作成方法である。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、さらに、背景画像に埃が上書き描画された画像データを新しく作成する毎に逐次表示する表示ステップを有することを特徴とする作成方法である。

請求項６の発明は、請求項５に記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、表示画像のビデオファイルを作成するビデオファイル作成ステップを備えることを特徴とする作成方法である。

請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、取込み時刻が前後する２枚の取込み画像で確定された埃画像どうしを距離と方向に基づいて一対一対応させ、前の取込み画像中の埃画像を始点とし、後の取込み画像中の埃画像を終点とする線分データを順次作成していくことで、１本以上の線分が連結された１本の軌跡線データを１つの埃の浮遊軌跡線情報として作成する軌跡線作成ステップと、埃が累積描画された累積画像に前記で作成された軌跡線を重畳表示する軌跡線重畳表示ステップを備えることを特徴とする作成方法である。

請求項８の発明は、請求項７に記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、軌跡線作成ステップで、１つの埃の浮遊軌跡線を構成するものとして直前とその一つ前に作成され互いに連結された２本の線分の直近の線分の終点とその一つ前の線分の始点とを結んだ基準線と、当該直近の線分の終点を始点とし次の取込み画像中の任意の埃画像の中心を終点とする接続線を想定し、当該基準線に対する当該接続線の傾きと、当該接続線の長さに基づいて当該接続線を次に連結されるべき線分である否かを判断し、連結されるべき線分であると判断されると当該接続線が当該軌跡線を延ばす新たな線分データとなることを特徴とする作成方法である。

請求項９の発明は、請求項７または８に記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、さらに、撮影時の気流状態に基づいて軌跡線が有効か無効かを判断するステップと、軌跡線が無効と判断した場合には、その軌跡線を描画対象から外す描画内容チェックステップと、を備えることを特徴とする作成方法である。

請求項１０の発明は、請求項７から９のいずれかに記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、軌跡線描画ステップで、累積画像に前記で作成された軌跡線を重畳表示する際、最後に延びた線分の終点に矢印も表示することを特徴とする作成方法である。

請求項１１の発明は、埃の浮遊軌跡情報の作成方法であって、請求項１から１０のいずれかの方法に記載されたステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。

請求項１２の発明は、埃の浮遊軌跡情報の作成システムであって、二次元の処理対象領域を奥行きを持って照らし出す照明手段と、前記処理対象領域を撮影する撮影手段と、前記撮影手段により撮影された画像を取得し、請求項１から１０のいずれかのステップを実行するための画像処理手段とを備えることを特徴とする作成システムである。

本発明の埃の浮遊軌跡情報の作成方法によれば、前後の取込み画像で輝度に関して差分比較をすることで空中に浮遊する埃の情報を取得できるので、高価なレーザー照明やカメラを必要とせず、従来方法と比較して遥かに安価なシステムを構築できる。

（作成システム）
作成システム１は、ハロゲンランプや水銀系ランプが単数若しくは複数配置されてなる照明光源３と、撮影手段としてのＣＣＤカメラ７と、ＣＣＤカメラ７に接続された画像処理手段としてのパーソナルコンピュータ（ディスプレイ、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、キーボードなどを含む）９とを備えており、このパーソナルコンピュータ９がＣＣＤカメラ７で撮影された画像を処理することで、埃の浮遊軌跡情報を作成する。ＣＰＵは、ハードディスクに格納された作成プログラムをＲＡＭに展開しながら実行し、作成された情報をハードディスクに記憶したり、ディスプレイに出力したりする。
照明手段としての照明光源３と、ＣＣＤカメラ７の位置は、撮影中は固定されている。ＣＣＤカメラ７による１秒間当たりの撮影・取込み枚数は３０〜６０枚程度とする。

埃が照明光源３より送り出された光の中を浮遊しているとき、散乱光を発する。この散乱光の及ぶ範囲は埃の実体の数百倍にもなり、その範囲では輝度が上昇変化する。従って、上記した散乱光をＣＣＤカメラ７で連続的に撮影し、この撮影画像の輝度の変化情報に基づいて埃の浮遊軌跡情報として作成している。

この作成システム１のパーソナルコンピュータ９での処理内容を図２のフローチャートに従って説明する。
なお、以下で記載されている[配列メモリ]は表示画面と同じサイズで確保された二次元メモリ領域を意味する。
<１枚目の画像取込み>
最初の撮影画像を、ＣＣＤカメラ７の撮影画像が一旦保存されたカメラボードメモリから、用意された[現在配列メモリ]にその画像データを転送することで取込む。
そして、（背景画像取得ステップ）を実行してその画像を被処理対象領域の背景画像とする。具体的には、用意した[重ね配列メモリ]に転送する。最初に[重ね配列メモリ]に格納されたものが背景画像データとなるので、このように処理することで、この実施の形態では、最初の実写画像である撮影画像が背景画像になっている。実際の場所の撮影画像上に埃画像が重畳描画されることになるので、実際の撮影場所内における埃の浮遊位置が確認し易くなっている。
また、<２枚目の画像取込み>用に（準備ステップ）として、[現在配列メモリ]中の画像データを[直前配列メモリ]に転送しておく。

<２枚目の画像取込み>
ＣＣＤカメラ７の撮影画像が一旦保存されたカメラボードメモリから、用意された[現在配列メモリ]に次の取込み画像の画像データを転送して取込むことで、(画像取込みステップ)を実行する。
次に、（埃画像確定ステップ）の（差分領域確定ステップ）として、１枚目と２枚目の取込み画像を画素毎に輝度に関して差分比較し、２枚目の画像内の画素の輝度が１枚目の画像の対応する位置の画素の輝度より、設定基準を超えて上がった差分領域を先ず確定する。具体的には、[現在配列メモリ]と[直前配列メモリ]の対応する同じ位置の画素を、輝度に関して差分比較する。そして輝度に関して[現在配列メモリ]が[直前配列メモリ]より所定の輝度差以上に高くなった（＝明るくなった）差分領域の輪郭線を、境界線追跡のアルゴリズムに従って探索する。

すなわち、２枚目画像を左上から右下方向に向けて走査し、現在点（画素）の１枚目との輝度差が所定以上で、一つ左側の輝度差が所定未満になる点を探し、この現在点を境界点の始点とする。
始点が見つかると、その始点のサーチコードを７にして、以下の表１に従って、近傍の調査をする。そして、調査結果により、サーチコードを変更すると共に移動することで、現在点（境界点）を、図３に示すように移動していく。この境界線追跡では、反時計回りに一周する。なお、図では説明の便宜のために、輝度の高い白画素の回りは、境界線を示す●を書き入れている。

そして、差分領域毎にその境界線の位置座標とドット数（境界線の長さ）を、別途用意した[ドット位置メモリ]に記憶する。
２枚目の取込み画像について差分領域の確定処理が終了すると、（チェックステップ）を実行して、今度はその確定された差分領域に基づいて２枚目の取込み画像の異常をチェックする。具体的には、個々の差分領域の境界線の長さと差分領域の数には許容範囲が規定されており、それを超えた場合には異常と判断して、処理を再スタートさせる。すなわち、次の取込み画像を背景画像とすると共に、埃の浮遊軌跡情報作成のための最初（＝１枚目）の取込み画像とする。この再スタートは正常状態になるまで繰り返される。

背景に有る物が動いたり、何かがＣＣＤカメラ７の前を通過したりした場合には、差分領域が異常に大きくなるので、境界線の長さが許容長さより長くなったか否かで異常の発生をチェックしている。
また、室内照明やシステムの各構成要素の位置や向きが変化したりした場合には、差分領域の発生個数が一挙に変化するので、差分領域の発生個数の増減が許容範囲を超えたか否かで異常の発生をチェックしている。
異常が無かった場合には、確定された差分領域を当該後の取込み画像で初めて現れた埃画像として確定し、差分領域の境界線を埃の輪郭線とする。

埃の輪郭線を確定したら、（埃描画ステップ）を実行して、[重ね配列メモリ]内の対応する位置の画素のデータを真白に書き換える。これにより、暗い背景画像にその埃の白い輪郭線が書き加えられたことになる。
その後、<３枚目の画像取込み>用の準備ステップとして、（次処理の準備ステップ）を実行して、 [現在配列メモリ]内の画像データを、[直前配列メモリ]に転送しておく。

（表示ステップ）
[重ね配列メモリ]に格納された画像データを展開して表示画面としてディスプレイ表示する。初期画面は実写画像であるが、上記の（埃描画ステップ）で[重ね配列メモリ]が書き換えられると、その書き換えられた部分は埃画像となって表示される。表示画面は、[重ね配列メモリ]の書き換え回数が多くなるほど、多くの埃画像が上書き描画された累積画像となる。
（ビデオファイル作成ステップ）
上記したように[重ね配列メモリ]に格納された画像データを展開して画像を表示しながら、ハードディスクに保存してビデオファイルも作成する。

<３枚目以降の画像取込み>
<２枚目の画像取込み>について実行した（画像取込みステップ）→（埃画像確定ステップ（差分領域確定ステップ）＋（チェックステップ））→（埃描画ステップ）→（準備ステップ）を繰り返す。また、表示画面についても逐次（表示ステップ）、（ビデオファイル作成ステップ）を繰り返す。
画像の取込み毎に、上記ステップの実行を繰り返すことで、元の背景画像に対して埃が累積描画された累積画像データを、埃の浮遊軌跡情報として作成することができる。

図４は１枚目の画像（＝背景画像）の表示画面であり、図５は３４枚目の画像取込み後の[重ね配列メモリ]を展開した表示画面であり、図６は最終の２００枚目の画像取込み後の[重ね配列メモリ]を展開した表示画面である。埃の輪郭線画像が白で累積表示されているので、近接した埃画像で１つの埃の浮遊軌跡を表しているように見える。従って、それらを１つの埃の浮遊軌跡を見なすことで、その埃の発生位置、落下・付着位置、その間の飛翔経路を推測することができる。また、近接する埃画像の間隔から埃の飛翔速度も推測することができる。
また、累積画像をリアルタイムで作ってディスプレイ表示するので、撮影途中でも埃の発生位置などを知ることができる。

さらに、追加処理を同時並行で実行することで、埃の軌跡線も作成することもできる。
取込み時刻が前後する２枚の取込み画像で確定された埃画像どうしを比較し、前の取込み画像で映し出された埃が移動して後の取込み画像でその埃が近接の移動先で映し出されたと推測されるものを検索する。具体的には、前の取込み画像に映し出された埃画像群の１つ１つの埃画像についてそれらの移動先画像の可能性が高い埃画像を後の取込み画像内に映し出された埃画像群から検索する。そして、移動先画像と推測される接続先画像が見つかった場合には、当該２つの埃画像データを一対一対応の線分データとして格納する。この線分を連結したものが埃の軌跡線になっている。
以下、処理内容を図７のフローチャートに従って説明する。

<２枚目の画像取込み>
先ず、図１２に示すように、最初の後の取込み画像となる１枚の画像について、上記（埃画像確定ステップ）で新たな埃画像を確定する毎に、（埃データ収集ステップ）を実行して、[新たな埃の情報配列メモリ]にその埃画像データを１行分で格納する。データ格納欄は、（Ｘ、Ｙ軸方向の中心座標）と、（埃サイズ（境界線の長さ））と、（接続不可フラグ）とになっている。ＸＹ座標データが埃画像の中心位置データに対応している。
埃画像が確定される毎に行が追加されていくので、当該後の取込み画像内で２０個の埃画像が確定された場合には、[新たな埃の情報配列メモリ]は２０行になる。

また、<３枚目の画像取込み>の（接続先検索ステップ）の（準備ステップ）として、図１０に示すように、[軌跡線の情報配列メモリ−１]、[軌跡線の情報配列メモリ−２]を生成する。これは、軌跡線の始点となり得る埃画像を確定する度に生成され、そこに軌跡線１本分のデータが１行分で格納される。例えば、２枚目の取込み画像で２０個の埃画像が初めて映し出された場合には、２０本の軌跡線が作成される可能性があるので、[軌跡線の情報配列メモリ−１]、[軌跡線の情報配列メモリ−２]が２０行分生成されることになる。
そして、以下のように、データ処理する。

[軌跡線の情報配列メモリ−１]
（０：Ｘ 先端線の終点座標）に、[新たな埃の情報配列メモリ] の（０：Ｘ 中心座標）のデータを格納する。
（１：Ｙ 先端線の終点座標）に、[新たな埃の情報配列メモリ] の（１：Ｙ 中心座標）のデータを格納する。
（４：埃サイズ）に、[新たな埃の情報配列メモリ] の（２：埃サイズ）のデータを格納する。
（６：画像取込番号）に、プログラム内カウンタから番号を取得して格納する。
[軌跡線の情報配列メモリ−２]
（２：埃サイズの累計）に、[新たな埃の情報配列メモリ] の（２：埃サイズ）のデータを格納する。

なお、「先端線」とは、直前に作成された線分のことであり、その終点は直前に初めて現れた埃画像の中心座標であり、その始点はその一つ前に映し出された埃画像の中心座標になる。この段階では、未だ「先端線」そのものは作成されていないが、初めて現れた埃画像の中心画像が「先端線」の「終点」に相当するとして、そのデータを格納しておく。

<３枚目の画像取込み>
新たに、（埃データ収集ステップ）を実行する。具体的には、[新たな埃の情報配列メモリ]を一旦廃棄し、その３枚目の取込み画像について、その取込み画像に対応する[新たな埃の情報配列メモリ]を<２枚目の画像取込み>の場合と同様に再生成する。

次に、初めて（接続先検索ステップ）を実行する。具体的には、図１０（３枚目）に示すように、２枚目の取込み画像で初めて現れた埃画像群と、[新たな埃の情報配列]内に格納された３枚目の取込み画像で初めて映し出された埃画像群について、[新たな埃の情報配列メモリ]と[軌跡線の情報配列メモリ]からデータを読み出して、夫々の群からそれぞれ１つずつ選択された２つの埃画像間の距離を算出すると共に、以下の排除条件に該当する場合には接続先検索対象から除外する。

（算出距離）
・算出距離が１ドット以内である。
２つの埃画像間の算出距離が短すぎるので、同位置重複点であると見なして、[新たな埃の情報配列メモリ]の（３：接続不可フラグ）に「１」を格納して検索対象から外す。
・算出距離が近傍認識距離より長い。
算出距離が長すぎるので、２枚目の取込み画像で映し出された埃画像が接続先とは見なさない。

そして、３枚目の取込み画像で初めて映し出された埃画像群のうち外されずに残ったものの中で、前記した算出距離の最も短いものを接続先と見なし、それらを結ぶ線分を接続線と定義する。そして、<４枚目の画像取込み>の（接続先検索ステップ）の（準備ステップ）として、以下のようにデータ処理を行う。
[軌跡線の情報配列メモリ−１]
（０：Ｘ 先端線の終点座標）から、（２：Ｘ 先端線の始点座標）に移動する。
（１：Ｙ 先端線の終点座標）から、（３：Ｙ 先端線の始点座標）に移動する。
空いた（０：Ｘ 先端線の終点座標）に、[新たな埃の情報配列メモリ]の（０：Ｘ 中心座標）のデータを格納する。
空いた（１：Ｙ 先端線の終点座標）に、[新たな埃の情報配列メモリ]の（１：Ｙ 中心座標）のデータを格納する。
（４：埃サイズ）に、[新たな埃の情報配列メモリ]の（２：埃サイズ）のデータを格納する。
（６：画像取込番号）に、現在の画像の取込み番号をプログラムのカウンタから取得して格納する。

（７：軌跡線の番号）に、軌跡番号カウンタから取得して何らの番号を格納する。この番号は、１本の軌跡線について統一的に付されるものであり、番号は連番になっている。
（８：接続回数）に、「１」を格納する。接続回数は、接続された線分の数に対応しており、この場合には初めて１本の線分が作成されたので、「１」を格納する。
（１２：Ｘ 基準線の始点座標）に、[軌跡線の情報配列メモリ−１]の（２：Ｘ 先端線の始点座標）のデータをコピーして格納する。基準線の概念については後で詳述する。
（１３：Ｙ 基準線の始点座標）に、[軌跡線の情報配列メモリ−１]の（３：Ｙ 先端線の始点座標）のデータをコピーして格納する。

[軌跡線の情報配列メモリ−２]
（０：基準線の長さ）に、算出した「先端線の長さ」のデータを格納する。この段階では基準線が形成されていないので、先端線が基準線を兼ねている。なお、基準線の概念については後で詳述する。
（１：先端線の長さの累計）に、算出した「先端線の長さ」のデータをそのまま格納する。
（２：埃サイズの累計）に、既に格納されたデータに、（４：埃サイズ）のデータを加算して格納する。

また、[新たな埃の情報配列メモリ]の（３：接続不可フラグ）に、不可を示す「１」を格納する。
当該埃画像が[軌跡線の情報配列メモリ]にデータが格納されたある埃画像の移動先のものであると判断されれば、 [軌跡線の情報配列メモリ]にデータが格納された他の埃画像の接続先にはなり得ない。従って、埃画像の接続先を検索するときにその対象から外すために、上記データ欄に不可（接続済み）の旨のデータが格納される。

また、ある埃画像の移動先の埃画像が確定されると、その埃画像と接続先の埃画像とを結んだ線分が１本作成されたとして、（軌跡線描画ステップ）を実行して、その線分描画データである[軌跡線の描画配列メモリ]を１行分生成する。このメモリは、埃の軌跡線となり得る最初の１本の線分が作成される毎に生成される。
そして、以下のデータ処理を行う。

（０：Ｘ 終点座標）に、[軌跡線の情報配列メモリ−１] の（０：Ｘ 先端線の終点座標）のデータを格納する。
（１：Ｙ 終点座標）に、[軌跡線の情報配列メモリ−１] の（１：Ｙ 先端線の終点座標）のデータを格納する。
（２：Ｘ 始点座標）に、[軌跡線の情報配列メモリ−１] の（２：Ｘ 先端線の始点座標）のデータを格納する。
（３：Ｙ 始点座標）に、[軌跡線の情報配列メモリ−１] の（３：Ｙ 先端線の始点座標）のデータを格納する。
（４：軌跡線の番号）に、[軌跡線の情報配列メモリ−１] の（７：軌跡線の番号）のデータを格納する。
（５：描画配列番号）に、配列毎に番号を付す。

また、[軌跡線の情報配列メモリ−１]内の（９：初回の線描画配列番号）に、[軌跡線の描画配列メモリ]の（５：描画配列番号）のデータを格納する。
（表示ステップ）[軌跡線の描画配列メモリ]は逐次展開され、軌跡線が埃画像に重畳表示された画面をリアルタイムで作ってディスプレイ表示するので、撮影途中でも埃の移動方向などを知ることができる。

[軌跡線の情報配列メモリ]にデータが格納された残りの全ての埃画像について、３枚目の取込み画像で初めて映し出された埃画像群から接続不可のものを除いて接続先の埃画像を検索することから始まる一連の処理を行っていく。
そして、処理が終了した後、どの埃画像の接続先とも見なされなかった埃画像が残ったときには、それを新たな埃の出現と認め、その埃画像に関して<２枚目の画像取込み>と同様の処理を行う。即ち、図１０に示すように、軌跡線に関する配列メモリのうち、[軌跡線の情報配列メモリ−１]、[軌跡線の情報配列メモリ−２]を新たに生成する。そして、同じようにデータ処理を行う。

一方、[新たな埃の情報配列メモリ]から、移動先の埃が見つからなかった場合には、この後の画像取込みを待つか、接続先の検索を終了するかを判断する。
具体的には、[軌跡線の情報配列メモリ−１]の（６：画像取込番号）と現在の画像取込番号との差から、前回の接続からの「経過回数」（＝待ち回数）を算出する。次に、「経過回数」が以下の規定回数を超えた場合には、この軌跡を作っていた埃が既に消えてしまったものと判断して、[軌跡線の情報配列メモリ−１]の（５：接続検索終了）に「１」を格納する。格納後は、その[軌跡線の情報配列メモリ−１]に「１」が格納された埃については、もはや接続検索処理は行わない。
・接続回数が「０」回で、
無風状態を設定している場合：１０回 設定していない場合：１回
・接続回数が「≧１」回で、
無風状態を設定している場合：３０回 設定していない場合：３回
但し、この段階では、接続回数が「０」回だから、気流状態がどうであれ、「待ち」となる。

<４枚目の画像取込み>
新たに、（埃データ収集ステップ）を実行する。具体的には、[新たな埃の情報配列メモリ]を一旦廃棄し、その４枚目の取込み画像について、その取込み画像に対応する[新たな埃の情報配列メモリ]を同様にして再生成する。

次に、（接続先検索ステップ）を実行する。具体的には図１３（４枚目）に示すように、２枚目または３枚目の取込み画像のうち、直前までに現れた埃画像群と、[新たな埃の情報配列]内に格納された４枚目の取込み画像で初めて現れた埃画像群について、[新たな埃の情報配列メモリ]と[軌跡線の情報配列メモリ]からデータを読み出して、夫々の群からそれぞれ１つずつ選択された２つの埃画像間の距離等を算出すると共に、以下の排除条件に該当する場合には接続先検索対象から外す。

排除条件には以下のものがある。
（基準線と接続線の合計長さ：Ｌと、基準線に対する接続線の傾き：θ）
・Ｌが６０ドット以上で、 θが近傍認識角以上ある。
・Ｌが３０〜５９ドットで、θが近傍認識角の１．３倍以上ある。
・Ｌが１０〜２９ドットで、θが近傍認識角の１．８倍以上ある。
・Ｌが９ドット以下で、 θが近傍認識角の２．３倍以上ある。
（接続線長さ／基準線長さと、θ）
・接続線長さ／基準線長さの比率が２倍以上で、θが近傍認識角度より大きい。
埃の浮遊傾向から考慮して上記のものを検索対象から除外している。

次に、埃画像群から検索対象から外されずに残ったものの中で、「（接続線の長さ）＋（基準線に対する接続線の傾き：θ）」について最も小さい値を有するものを接続先と見なす。
今回は、条件として基準線に対する傾きが加わっている。埃の浮遊傾向を考慮してこの２つを設定しており、最も接続先として可能性が高いものが選ばれるものと推測される。
「基準線」は、先端線の始点と接続線の終点とを結んだ線分のことであるが、この段階では未だ形成されていないので、先端線が基準線を兼ねている。

接続先が決定したら、先ず次の画像取込みでの（接続先検索ステップ）の（準備ステップ）を実行して、以下のデータ処理を行う。
[軌跡線の情報配列メモリ−１]
（２：Ｘ 先端線の始点座標）から、（１２：Ｘ 基準線の始点座標）にデータを移動する。
（３：Ｙ 先端線の始点座標）から、（１３：Ｙ 基準線の始点座標）にデータを移動する。
（０：Ｘ 先端線の終点座標）に、[新たな埃の情報配列メモリ]の（０：Ｘ 中心座標）のデータを格納する。
（１：Ｙ 先端線の終点座標）に、[新たな埃の情報配列メモリ]の（１：Ｙ 中心座標）のデータを格納する。
（４：埃サイズ）に、[新たな埃の情報配列メモリ]の（２：埃サイズ）のデータを格納する。
（６：画像取込番号）に、現在の画像の取込み番号をプログラム内のカウンタから取得して格納する。
（８：接続回数）に、「１」を加算して格納する。従って、接続回数は「１」または「２」になる。接続回数は、接続先が見つかった回数に相当する

[軌跡線の情報配列メモリ−２]
（０：基準線の長さ）に、算出した「基準線の長さ」のデータを格納する。２本の線分が連結された場合に、初めて基準線が形成される。
（１：先端線の長さの累計）に、算出した「先端線の長さ」のデータを加算して格納する。このデータの累計が最終的な軌跡線の長さとなる。
（２：埃サイズの累計）に、既に格納されたデータに、（４：埃サイズ）のデータを加算して格納する。 このデータは平均埃サイズを算出する時に用いられる。

また、[新たな埃の情報配列メモリ]の（３：接続不可フラグ）に、不可を示す「１」を格納する。

ある埃画像とその画像の移動先の埃画像が確定されると、＜３枚目の画像取込み＞と同様に（軌跡線描画ステップ）を実行して、[軌跡線の描画配列メモリ]を１行分追加する。

また、接続回数が１回目の場合には、[軌跡線の情報配列メモリ−１]内の（９：初回の線描画配列番号）に、[軌跡線の描画配列メモリ]の（５：描画配列番号）のデータを格納する。また、２回目以降の場合には、[軌跡線の情報配列メモリ−１]内の（１０：終回の線描画配列番号）に、[軌跡線の描画配列メモリ]の（５：描画配列番号）のデータを上書きして格納する。
これにより描画データの格納範囲が解かり、描画検索を効率良く行うことができる。

[軌跡線の情報配列メモリ]にデータが格納された残りの全ての埃画像について、取込み画像内から接続先の埃画像を検索することから始まる一連の処理を順次行う。
そして、その処理が終了した後、どの埃画像の接続先とも見なされなかった埃画像が残ったときには、それを新たな埃の出現と認め、その埃画像に関して<２枚目の画像取込み>と同様の処理を行う。即ち、（準備ステップ）を実行して、図１０に示すように、 [軌跡線の情報配列メモリ−１]、[軌跡線の情報配列メモリ−２]を生成して、次の画像取込みの際に行われる（接続先検索ステップ）に備える。

一方、[新たな埃の情報配列メモリ]から、移動先の埃画像が見つからなかった場合には、<３枚目の画像取込み>の場合と同様にして、この後の画像取込みを待つが、接続先の検索を終了するかの判断をして、その後のデータ処理を行う。

<５枚目以降の画像取込み>
以下、<５枚目の画像取込み>、<６枚目の画像取込み>‥‥<最終枚目の画像取込み>まで、図１４、図１５に示すように、同じように処理を繰り返す。但し、<最終枚目の画像取込み>では、もはや（準備ステップ）は必要ないので実行しない。
上記のステップの繰り返し実行により、軌跡線の描画データが[軌跡線の描画配列メモリ]に格納されていく。
軌跡線の描画データが作成された場合には、図１６に示すように、埃画像に軌跡線が重畳描画された画面がディスプレイ表示される。なお、この図で描画されている埃画像は図５で描画されている埃画像とは別のものになっているが、視認の便宜のために別のものにしたに過ぎない。

さらに、軌跡線の信頼性を高めるために、最終枚目の画像取込みを終えた後に、（有効軌跡の絞込みステップ）を実行する。
即ち、埃の浮遊傾向から、以下の基準を満たしているものを有効軌跡とする。
・無風状態を設定している場合
接続回数が３回以上 軌跡線の長さが１０ドット以上
・無風状態を設定せず、
「気流速度（Ｓ）」を４０以上（ドット単位）に設定している場合
接続回数が２回以上 軌跡線の長さが３０ドット以上
「気流速度（Ｓ）」を４０未満（ドット単位）に設定している場合
接続回数が（５−Ｓ／２）以上 軌跡線の長さが３０ドット以上

無風状態では、埃は移動し難いので、比較的長い間近傍位置に留まる。従って埃の移動を待つために、接続回数や軌跡線の長さの基準が下げられている。
また、風がある場合には、「気流速度」から算出された値を基に、有効軌跡か否かが適切に判断できるようにしている。
なお、軌跡線の長さは、[軌跡線の情報配列メモリ−２]の（１：先端線の長さの累計）である。

有効軌跡でないと判断された場合には、[軌跡線の描画配列]の（６：描画不要フラグ）に、「１」を格納して、描画対象から外すことで、描画内容を整理する。
以上の処理を、[軌跡線の情報配列]の全行のデータに対して行い、その結果に基づいて、[軌跡線の描画配列]の全行のデータの（６：描画不要フラグ）に結果を反映させる。

次に、（有効軌跡線の重畳表示ステップ）を行う。具体的には、図１７に示すように、埃画像と共に[軌跡線の描画配列メモリ]中、描画不要と見なされなかった行のデータを一括して再表示する。 その際、[軌跡線の情報配列−１]の（１０：終回の線描画配列番号）から、軌跡線の先端線のデータを取得し、その先端線の終点上に矢印を上書き描画する。
（図１６の段階で表示されていた軌跡線でも、描画不要と見なされれば、図１７の段階では表示されていない。）

軌跡線を埃画像に重畳表示することで、埃の浮遊軌跡情報を一層信頼性の高いものとすることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の具体的構成が上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更があっても本発明に含まれる。

本発明の埃の浮遊軌跡の作成方法によれば、画像処理に工夫が凝らされており、市販の安価な光源やカメラを使用して、埃の浮遊軌跡情報を作成することができる。

埃の浮遊軌跡情報の作成システムの模式図である。 埃の累積表示情報の作成ステップのフローチャートである。 境界線追跡のアルゴリズムの説明図である。 背景画像の表示画面である。 ３４枚目の画像取込み後の累積画像の表示画面である。 ２００枚目の画像取込み後の累積画像の表示画面である。 埃の軌跡線の作成ステップのフローチャートである。 図７に続く、埃の軌跡線の作成ステップのフローチャートである。 新たな埃の情報配列メモリである。 軌跡線の情報配列メモリである。 軌跡線の描画配列メモリである。 ３枚目の画像取込み後の接続先検索処理の説明図である。 ４枚目の画像取込み後の接続先検索処理の説明図である。 ５枚目の画像取込み後の接続先検索処理の説明図である。 ６枚目の画像取込み後の接続先検索処理の説明図である。 最終直前の画像取込み後の軌跡線重畳表示画面である。 最終の画像取込み後に再描画した後の表示画面である。

符号の説明

１……埃の浮遊軌跡情報の作成システム ３……照明光源
７……ＣＣＤカメラ ９……パーソナルコンピュータ

Claims (12)

1. 埃の浮遊軌跡情報の作成方法であって、
   背景画像データを取得する背景画像取得ステップと、
   撮影画像を撮影順に一枚ずつ取込む画像取込みステップと、
   取込み時刻が前後する、前の取込み画像と後の取込み画像を画素毎に輝度に関して差分比較し、輝度が設定基準より上がった差分領域を、当該後の取込み画像で初めて現れた埃画像として確定する埃画像確定ステップと、
   前記背景画像データのうち、前記埃画像に対応する位置の画素を埃描画データに書き換えることで、背景画像に埃を上書き描画する埃描画ステップとを備え、
   撮影画像の取込み毎に、前記埃画像確定ステップと、前記埃描画ステップとを行うことで、背景画像に埃が累積描画された累積画像データを、埃の浮遊軌跡情報として作成することを特徴とする作成方法。
2. 請求項１に記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、
   埃画像確定ステップでは、境界線追跡により境界線として埃の輪郭線を検出し、
   埃描画ステップでは、当該輪郭線を埃描画データとして利用することを特徴とする作成方法。
3. 請求項１または２に記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、
   埃画像確定ステップは、差分領域の確定ステップと、差分領域に基づいてその後の取込み画像の異常をチェックするチェックステップとからなり、その後の取込み画像を異常と判断した場合には作業やり直しにして、その次の取込み画像を埃の浮遊軌跡情報作成のための最初の取込み画像とすることを特徴とする作成方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、
   背景画像データとして実写画像データを使用することを特徴とする作成方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、
   さらに、背景画像に埃が上書き描画された画像データを新しく作成する毎に逐次表示する表示ステップを有することを特徴とする作成方法。
6. 請求項５に記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、
   表示画像のビデオファイルを作成するビデオファイル作成ステップを備えることを特徴とする作成方法。
7. 請求項１から６のいずれかに記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、
   取込み時刻が前後する２枚の取込み画像で確定された埃画像どうしを距離と方向に基づいて一対一対応させ、前の取込み画像中の埃画像を始点とし、後の取込み画像中の埃画像を終点とする線分データを順次作成していくことで、１本以上の線分が連結された１本の軌跡線データを１つの埃の浮遊軌跡線情報として作成する軌跡線作成ステップと、
   埃が累積描画された累積画像に前記で作成された軌跡線を重畳表示する軌跡線重畳表示ステップを備えることを特徴とする作成方法。
8. 請求項７に記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、
   軌跡線作成ステップで、１つの埃の浮遊軌跡線を構成するものとして直前とその一つ前に作成され互いに連結された２本の線分の直近の線分の終点とその一つ前の線分の始点とを結んだ基準線と、当該直近の線分の終点を始点とし次の取込み画像中の任意の埃画像の中心を終点とする接続線を想定し、当該基準線に対する当該接続線の傾きと、当該接続線の長さに基づいて当該接続線を次に連結されるべき線分である否かを判断し、連結されるべき線分であると判断されると当該接続線が当該軌跡線を延ばす新たな線分データとなることを特徴とする作成方法。
9. 請求項７または８に記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、さらに、撮影時の気流状態に基づいて軌跡線が有効か無効かを判断するステップと、
   軌跡線が無効と判断した場合には、その軌跡線を描画対象から外す描画内容チェックステップと、を備えることを特徴とする作成方法。
10. 請求項７から９のいずれかに記載した埃の浮遊軌跡情報の作成方法において、
    軌跡線描画ステップで、累積画像に前記で作成された軌跡線を重畳表示する際、最後に延びた線分の終点に矢印も表示することを特徴とする作成方法。
11. 埃の浮遊軌跡情報の作成方法であって、
    請求項１から１０のいずれかの方法に記載されたステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
12. 埃の浮遊軌跡情報の作成システムであって、
    二次元の処理対象領域を奥行きを持って照らし出す照明手段と、前記処理対象領域を撮影する撮影手段と、前記撮影手段により撮影された画像を取得し、請求項１から１０のいずれかのステップを実行するための画像処理手段とを備えることを特徴とする作成システム。