JP2012013507A - Light rain detection method, light rain detection device, and light rain detection program - Google Patents
Light rain detection method, light rain detection device, and light rain detection program Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012013507A JP2012013507A JP2010149459A JP2010149459A JP2012013507A JP 2012013507 A JP2012013507 A JP 2012013507A JP 2010149459 A JP2010149459 A JP 2010149459A JP 2010149459 A JP2010149459 A JP 2010149459A JP 2012013507 A JP2012013507 A JP 2012013507A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light rain
- image data
- rain detection
- ripples
- objective function
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、画像解析により小雨の程度を検出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting the degree of light rain by image analysis.
天気情報は、各種センサ、カメラ、人工衛星などのそれぞれの特徴を活かした観測がなされている。その中で、雨に関する情報は日常生活においてもっとも必要とされているものの一つである。アメダス網では雨量計により一定雨量・雨域が観測され、降水レーダより広い範囲の雨の様子がわかるようになっている。 The weather information is observed utilizing the characteristics of various sensors, cameras, and satellites. Among them, information on rain is one of the most needed in daily life. In the AMeDAS network, a certain amount of rainfall and rain area are observed by a rain gauge, and it is possible to understand the state of rain in a wider area than the precipitation radar.
しかしながら、いわゆる小雨のような、降水量が時間あたり数mm以下の場合についてはセンシングなされておらず、誤差とされるか、目視によるものであった。そのため、定量化がなされておらず、簡易な観測方法が求められていた。 However, when the amount of precipitation is less than several millimeters per hour, such as so-called light rain, sensing is not performed and it is considered as an error or is visually observed. Therefore, it has not been quantified and a simple observation method has been demanded.
他方、画像処理では、表面についてさまざまな解析方法が示されていたが(非特許文献1参照)、小雨と水面との間の波紋解析については示されていなかった。コンピュータグラフィックスでは、波動方程式などを用いたシミュレーションが示されていたが、画像からモデルパラメータを推定しておらず、専ら画像生成がねらいであった。画像処理による場合は、実環境では風による風紋が生じるため、小雨による波紋との区別が必要であった。 On the other hand, in image processing, various analysis methods have been shown for the surface (see Non-Patent Document 1), but ripple analysis between light rain and the water surface has not been shown. In computer graphics, a simulation using a wave equation or the like was shown, but model parameters were not estimated from images, and the aim was exclusively to generate images. In the case of image processing, a wind ripple is generated in the real environment, so it is necessary to distinguish it from a ripple caused by light rain.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、小雨の量を定量化することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to quantify the amount of light rain.
第1の本発明に係る小雨検出方法は、波紋を撮影した画像データを入力し、蓄積手段に蓄積するステップと、前記蓄積手段から前記画像データを読み出し、波紋を近似した分散関係式、拡散を拘束条件として導いた目的関数に代入し、当該目的関数を最小化問題として解くことで波紋のオプティカルフローを推定するステップと、前記オプティカルフローの平均値を算出し、当該平均値に基づいて小雨の程度を判定するステップと、を有することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a light rain detection method comprising: inputting image data obtained by capturing ripples; storing the image data in a storage unit; reading the image data from the storage unit; Substituting into the objective function derived as the constraint condition and solving the objective function as a minimization problem, calculating the optical flow of the ripples, calculating the average value of the optical flow, and based on the average value, And a step of determining the degree.
第2の本発明に係る小雨検出装置は、波紋を撮影した画像データを入力する入力手段と、前記画像データを蓄積する蓄積手段と、前記蓄積手段から前記画像データを読み出し、波紋を近似した分散関係式、拡散を拘束条件として導いた目的関数に代入し、当該目的関数を最小化問題として解くことで波紋のオプティカルフローを推定する解析手段と、前記オプティカルフローの平均値を算出し、当該平均値に基づいて小雨の程度を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a light rain detection apparatus comprising: an input unit that inputs image data obtained by capturing ripples; a storage unit that stores the image data; and a dispersion that approximates ripples by reading the image data from the storage unit. Substituting into the objective function derived from the relational expression, diffusion as a constraint, and solving the objective function as a minimization problem, an analysis means for estimating the optical flow of ripples, and calculating the average value of the optical flow, Determining means for determining the degree of light rain based on the value.
第3の本発明に係る小雨検出プログラムは、上記小雨検出方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。 A light rain detection program according to a third aspect of the present invention causes a computer to execute the light rain detection method.
本発明によれば、小雨の量を定量化することができる。 According to the present invention, the amount of light rain can be quantified.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態における小雨検出装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示す小雨検出装置100は、画像入力部110、データ蓄積部120、波面形状解析部130、照合判定部140、および表示部150を備える。小雨検出装置100が備える各部は、演算処理装置、記憶装置等を備えたコンピュータにより構成して、各部の処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムは小雨検出装置100が備える記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the light rain detection apparatus in the present embodiment. The light
画像入力部110は、水面の波紋の広がりをカメラにより撮影した時系列の画像データを入力し、データ蓄積部120に蓄積する。水面の波紋の広がりは、屋外に設置した一定容器内に落下した小雨がつくるものである。
The
波面形状解析部130は、波紋を近似した分散関係式、拡散を拘束条件として目的関数を導き、データ蓄積部120から読み出した2枚の連続した画像データを目的関数に入力して、速度および角周波数に関して最小化問題として解いて速度(フロー)を求める。
The wavefront
照合判定部140は、波面形状解析部130が求めたフローの平均を算出し、算出した平均フローを事前に蓄積したテーブルと参照することによって小雨の量を定量化する。
The
表示部150は、照合判定部140の判定結果を表示する。
なお、小雨検出装置100の処理は、上記で説明した、画像入力部110、データ蓄積部120、波面形状解析部130、照合判定部140、表示部150の順に行われる。
Note that the process of the light
次に、波面形状解析部130の処理の詳細について説明する。
Next, details of the processing of the wavefront
図2は、無風状態のときに、水たまりに落下した小雨がつくる波紋の様子を示す模式図である。雨210が水たまり200に落下したときに、複数の波紋220ができる。波紋220は、隣接したものが相互に次々と複雑なパターンを形成する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a ripple pattern created by light rain falling in a puddle when there is no wind. When the
画像処理でこのようなパターンを検出するためには、最も簡単には、1枚ごとに空間1次微分を適応する方法や(非特許文献1)、時系列画像から時間差分画像をつくる方法がある。 In order to detect such a pattern in image processing, the simplest method is to apply a spatial first derivative for each image (Non-Patent Document 1), or to create a time difference image from a time-series image. is there.
小雨の場合、画像には、落下する小雨は透明か、カメラの撮影解像度の不足のために映らないことが多いので、画像入力部110が入力する画像データで得られるパターンは、水面上のパターン、つまり水たまり200に雨210が衝突してできる波紋220のパターンであると考えられる。
In the case of light rain, the falling light rain is transparent in the image or is often not reflected due to a lack of camera resolution, so the pattern obtained from the image data input by the
波紋220のパターンは、雨210の衝突地点である同心円の中心の波の振幅が大きく、周辺にかけて、振動状に振幅が減衰する減衰モデルが考えられる。このとき、波紋220を波の一特性としてみると、次式(1)の分散関係式(非特許文献2参照)により近似することができる。
ただし、ω,g,kは、それぞれ角周波数、重力加速度、波数である。即ち、この関係式は、波の波長と(位相)速度の間には、波長が長いほど速度が遅く、波長が短いほど速度が速いという物理的な関係があることを示している。つまり、減衰については、分散関係式が成り立つ範囲におけるものである。そのため、画像データからこの分散関係式に当てはめるような特徴を波紋220とみなすことができる。
Here, ω, g, and k are angular frequency, gravitational acceleration, and wave number, respectively. In other words, this relational expression shows that there is a physical relationship between the wavelength of the wave and the (phase) speed, that the longer the wavelength, the slower the speed, and the shorter the wavelength, the faster the speed. In other words, the attenuation is within the range where the dispersion relational expression holds. Therefore, a feature that can be applied to this dispersion relational expression from the image data can be regarded as the
次に、波紋の見かけの速度をオプティカルフローにより推定する。このとき、式(1)を拘束条件とする。また、速度と角速度の関係、波紋が拡散することに対する拘束条件を与える。 Next, the apparent speed of the ripple is estimated by optical flow. At this time, Expression (1) is set as a constraint condition. In addition, the relation between the velocity and the angular velocity and the constraint condition for the ripples to diffuse are given.
連続した2枚の画像データをデータ蓄積部120から読み出す。画像データの画素の輝度をI(x,y,t)とする。(x,y)は位置、tは時間を表す。次式(2)の目的関数を、速度(u,v)および角周波数ω=(ωx,ωy)に関して最小化することで、水面における速度を求めることができる。λ1,λ2,λ3は、式(1)の寄与度を表すパラメータであり、ここでは1.0とした。角周波数は速度と波数の積である。求めた速度をオプティカルフロー(フロー)と呼ぶ。
図3は、風などによる外乱がある場合のフロー推定の結果を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a flow estimation result when there is a disturbance due to wind or the like.
図3の画像データ300は、雨による波紋の他にも、風により水面上に外乱が生じ、水面が複雑化している。従来のフロー法(非特許文献1)により動きを検出した場合、符号310で示すフローの検出結果のように乱れたものとなる。
In the
一方、本実施の形態による手法で動きを検出した場合、符号320で示すフローの検出結果のように、一点から広がる波紋の特徴が得られている。
On the other hand, when a motion is detected by the method according to the present embodiment, a ripple characteristic spreading from one point is obtained as in the flow detection result indicated by
次に、照合判定部140の処理の詳細について説明する。
Next, details of the processing of the
図4は、平均フローと小雨の程度の関係を示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the average flow and the degree of light rain.
照合判定部140は、波面形状解析部130が推定したフローについて和をとり、画像データの大きさ(例えば100×100など)で割ることで平均フローを算出する。照合判定部140は、図4に示す関係に基づく平均フローと小雨の程度の関係を示すテーブルを保持しており、そのテーブルを参照することで、算出した平均フローの大きさを小雨の程度について、例えば1〜5などと定量化する。
The
なお、水以外の粘性流体を用いることも可能である。屋外に設置した容器内に粘性流体を入れ、上記の方法でフローを求める際、粘性流体の粘性率(0.0001など)を調整することで、式(2)をそのまま適用することができる。水の代わりに粘性流体を用いることで、振動がある場所や検出する小雨の大きさを一定以上に制限する場合に有効である。 It is also possible to use a viscous fluid other than water. When the viscous fluid is put in a container installed outdoors and the flow is obtained by the above method, the equation (2) can be applied as it is by adjusting the viscosity coefficient (0.0001 or the like) of the viscous fluid. By using a viscous fluid instead of water, it is effective for limiting the place where there is vibration and the magnitude of light rain to be detected to a certain level or more.
また、容器を壁で囲むことで、風の影響を緩和することができる。この場合、カメラは容器の外側に配置する。 Moreover, the influence of a wind can be relieved by surrounding a container with a wall. In this case, the camera is disposed outside the container.
以上説明したように、本実施の形態によれば、水面の波紋を撮影した画像データを波紋を近似した分散関係式、拡散を拘束条件として導いた目的関数に入力し、速度および角周波数に関して最小化問題として解くことで速度(フロー)を求め、フローの平均を算出し、平均フローと小雨の程度の関係を示すテーブルを参照することで、画像データ中の風による外乱などの影響を抑制しつつ、小雨の程度を定量化することが可能になる。 As described above, according to the present embodiment, image data obtained by capturing ripples on the water surface is input to a dispersion relational expression that approximates ripples, and an objective function that is derived using diffusion as a constraint, and the minimum is obtained with respect to velocity and angular frequency. By calculating the speed (flow) by solving as a problem, calculating the average of the flow, and referring to a table showing the relationship between the average flow and the degree of light rain, the influence of wind disturbance in the image data is suppressed. However, the degree of light rain can be quantified.
100…小雨検出装置
110…画像入力部
120…データ蓄積部
130…波面形状解析部
140…照合判定部
150…表示部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記蓄積手段から前記画像データを読み出し、波紋を近似した分散関係式、拡散を拘束条件として導いた目的関数に代入し、当該目的関数を最小化問題として解くことで波紋のオプティカルフローを推定するステップと、
前記オプティカルフローの平均値を算出し、当該平均値に基づいて小雨の程度を判定するステップと、
を有することを特徴とする小雨検出方法。 Inputting image data in which ripples are photographed and storing the image data in a storage means;
Reading the image data from the storage means, substituting the dispersion relational expression approximating the ripple, and the objective function derived from diffusion as a constraint, and estimating the optical flow of the ripple by solving the objective function as a minimization problem When,
Calculating an average value of the optical flow and determining a degree of light rain based on the average value;
A method for detecting light rain, comprising:
前記解析するステップは、前記粘性流体の粘性率を考慮してオプティカルフローを推定することを特徴とする請求項1記載の小雨検出方法。 The ripples are observed on the surface of the viscous fluid placed in the container,
The light rain detection method according to claim 1, wherein the analyzing step estimates an optical flow in consideration of a viscosity coefficient of the viscous fluid.
前記画像データを蓄積する蓄積手段と、
前記蓄積手段から前記画像データを読み出し、波紋を近似した分散関係式、拡散を拘束条件として導いた目的関数に代入し、当該目的関数を最小化問題として解くことで波紋のオプティカルフローを推定する解析手段と、
前記オプティカルフローの平均値を算出し、当該平均値に基づいて小雨の程度を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする小雨検出装置。 An input means for inputting image data obtained by photographing a ripple,
Storage means for storing the image data;
Analysis of reading the image data from the storage means, substituting into a dispersion relational expression approximating ripples, and an objective function derived from diffusion as a constraint, and estimating the optical flow of ripples by solving the objective function as a minimization problem Means,
A determination means for calculating an average value of the optical flow and determining a degree of light rain based on the average value;
A light rain detection apparatus comprising:
前記解析手段は、前記粘性流体の粘性率を考慮してオプティカルフローを推定することを特徴とする請求項3記載の小雨検出装置。 The ripples are observed on the surface of the viscous fluid placed in the container,
4. The light rain detection apparatus according to claim 3, wherein the analysis means estimates an optical flow in consideration of a viscosity coefficient of the viscous fluid.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010149459A JP5023194B2 (en) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Light rain detection method, light rain detection device, and light rain detection program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010149459A JP5023194B2 (en) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Light rain detection method, light rain detection device, and light rain detection program |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012013507A true JP2012013507A (en) | 2012-01-19 |
JP5023194B2 JP5023194B2 (en) | 2012-09-12 |
Family
ID=45600128
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010149459A Expired - Fee Related JP5023194B2 (en) | 2010-06-30 | 2010-06-30 | Light rain detection method, light rain detection device, and light rain detection program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5023194B2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02110396A (en) * | 1987-08-11 | 1990-04-23 | Tsuuden:Kk | Snowfall detecting apparatus |
JP2006308602A (en) * | 1994-06-20 | 2006-11-09 | Raymond James Noack | Detector |
JP2007127595A (en) * | 2005-11-07 | 2007-05-24 | Stanley Electric Co Ltd | Foreign substance detection instrument |
-
2010
- 2010-06-30 JP JP2010149459A patent/JP5023194B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02110396A (en) * | 1987-08-11 | 1990-04-23 | Tsuuden:Kk | Snowfall detecting apparatus |
JP2006308602A (en) * | 1994-06-20 | 2006-11-09 | Raymond James Noack | Detector |
JP2007127595A (en) * | 2005-11-07 | 2007-05-24 | Stanley Electric Co Ltd | Foreign substance detection instrument |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5023194B2 (en) | 2012-09-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Luo et al. | Robust vision sensor for multi-point displacement monitoring of bridges in the field | |
Chen et al. | Video camera–based vibration measurement for civil infrastructure applications | |
CN108875766B (en) | Image processing method, device, system and computer storage medium | |
Feng et al. | Vision‐based multipoint displacement measurement for structural health monitoring | |
Zhu et al. | A marker-free method for structural dynamic displacement measurement based on optical flow | |
US20190095877A1 (en) | Image recognition system for rental vehicle damage detection and management | |
Pan et al. | Image‐based monitoring of bolt loosening through deep‐learning‐based integrated detection and tracking | |
Sarrafi et al. | Mode extraction on wind turbine blades via phase-based video motion estimation | |
Park et al. | Vision‐based natural frequency identification using laser speckle imaging and parallel computing | |
Shao et al. | Target-free 3D tiny structural vibration measurement based on deep learning and motion magnification | |
JP2019066465A (en) | Background radiance estimation and gas concentration-length quantification method for optical gas imaging camera | |
JP2011179897A (en) | Image processing device and image processing program | |
Lado-Roigé et al. | Learning-based video motion magnification approach for vibration-based damage detection | |
JP2011080859A (en) | Apparatus, method and program for detection of water surface boundary | |
Azimbeik et al. | Improved image-based, full-field structural displacement measurement using template matching and camera calibration methods | |
Awadallah et al. | Automated multiclass structural damage detection and quantification using augmented reality | |
JP6158967B1 (en) | Environmental pollution prediction system and method | |
JP7427615B2 (en) | Information processing device, information processing method and program | |
Morlier et al. | Virtual vibration measurement using KLT motion tracking algorithm | |
JP4210292B2 (en) | Image change prediction method and image change prediction apparatus | |
JP5023194B2 (en) | Light rain detection method, light rain detection device, and light rain detection program | |
Sarrafi et al. | Mapping motion-magnified videos to operating deflection shape vectors using particle filters | |
Havaran et al. | Extraction of the structural mode shapes utilizing image processing method and data fusion | |
Chen et al. | Mobile imaging and computing for intelligent structural damage inspection | |
JP2009168600A (en) | Weather information detection method, weather information detection device, and weather information detection program |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120612 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120618 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5023194 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150622 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |