JP2012043135A - Stream monitoring system and stream monitoring program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単眼カメラ(1つのカメラ)で撮影した水路の流水部分の時系列の画像をもとに水路の流水量を判定する流水監視システムおよび流水監視プログラムに関する。 The present invention relates to a water flow monitoring system and a water flow monitoring program for determining a water flow amount of a water channel based on a time-series image of a water flow portion of the water channel photographed by a monocular camera (one camera).
水路の流水状態を監視する監視手段として、従来では、監視員の直視若しくはモニタ画面による目視観察、若しくは、水流計、水圧計、流量計などの計測機器類を用いた自動計測による監視が実施されてきた。監視員による目視観察は、常時、監視員を配備しておかなければならず、人的負担が大きいとともに、流水量の異常を看過する虞があり、信頼にも問題がある。また、自動計測による監視は計測機器を水路内に装備する必要があり、設備の設置並びに保守点検作業に多くの時間と労力を要するとともに、経済性の面でも問題があった。さらに監視の対象となる水路が複数存在する施設や設備(例えば工業用冷却放水設備や人工落差水路等)においては、水路毎に上記した計測機器を設けなければならず、より問題が顕著であった。 Conventionally, as a monitoring means for monitoring the water flow condition of a water channel, monitoring is performed by direct observation of a monitor or visual observation on a monitor screen, or automatic measurement using measuring instruments such as a water flow meter, a water pressure meter, and a flow meter. I came. The visual observation by the supervisor must always have a supervisor, and there is a problem in reliability because there is a risk of overlooking the abnormality of the flowing water amount as well as a heavy human burden. In addition, monitoring by automatic measurement requires that a measuring device be installed in the water channel, which requires a lot of time and labor for installation and maintenance and inspection, and has a problem in terms of economy. Furthermore, in facilities and equipment where there are multiple waterways to be monitored (for example, industrial cooling and drainage equipment and artificial head waterways), the above-mentioned measuring devices must be provided for each waterway, and the problem is more pronounced. It was.
監視員のモニタ画面による水路監視技術として、従来では、監視カメラを用いて河川の流れ幅、流速、水位等を監視し、河川における土石流の発生を検知・予測する土石流発生予知装置が存在した。 Conventionally, there has been a debris flow generation prediction device that detects and predicts the occurrence of debris flow in a river by monitoring the flow width, flow velocity, water level, etc. of the river using a monitoring camera as a water channel monitoring technique by the monitor screen of the observer.
上述したように、従来では、水路の流水状態を監視する設備において、監視対象となる水路内に計測機器を装備する必要があることから、設備の設置並びに保守点検作業に多くの時間と労力を要するとともに、経済性の面でも問題があった。さらに、監視対象となる水路が複数存在する場合は、各水路について水路毎に計測機器を装備する必要があることから、上記問題がより顕著であった。 As described above, conventionally, in facilities for monitoring the water flow condition of a water channel, it is necessary to equip the water channel to be monitored with a measuring device, so that much time and labor are required for installation and maintenance inspection work. In addition, there was a problem in terms of economy. Furthermore, when there are a plurality of water channels to be monitored, it is necessary to equip each water channel with a measuring device.
本発明の実施形態は、監視対象にある水路の流水異常を経済的に有利な構成で効率よく検知し報知することのできる流水監視システムおよび流水監視プログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a running water monitoring system and a running water monitoring program capable of efficiently detecting and notifying an abnormality in running water of a water channel being monitored with an economically advantageous configuration.
また、監視対象にある複数の水路に対して、単眼カメラ(一つの撮像カメラ)を用いた簡単なシステム構成で各水路の流水異常を水路別に効率よく検知し報知することのできる流水監視システムおよび流水監視プログラムを提供することを目的とする。 A water flow monitoring system capable of efficiently detecting and notifying a water flow abnormality in each water channel with a simple system configuration using a monocular camera (one imaging camera) for a plurality of water channels to be monitored, and The purpose is to provide a running water monitoring program.
本発明の実施形態は、水路の流水部分の画像を撮影する単眼カメラと、前記単眼カメラで撮影した流水部分の画像から水の揺らぎを捉え量子化する画像処理手段と、前記画像処理手段で得た値を判定対象データとして設定パラメータをもとに前記水路の流水量が正常状態にあるか否かを判定する判定処理手段と、を具備した流水監視システムを提供する。 Embodiments of the present invention are obtained by a monocular camera that captures an image of a flowing water portion of a water channel, an image processing unit that captures and quantifies water fluctuations from an image of the flowing water image captured by the monocular camera, and the image processing unit. And a determination processing means for determining whether or not the amount of flowing water in the water channel is in a normal state based on a setting parameter using the determined value as determination target data.
また、水路の水面を斜め上方から撮影する単眼カメラと、前記カメラで撮影したフレーム単位の画像から水面の揺らぎを捉え量子化する処理手段と、前記量子化された値をもとに前記カメラで撮影した画像のフレーム上における水平方向に連なる揺らぎの最上位の位置座標を特定する画像処理手段と、前記画像処理手段で特定した揺らぎの最上位の位置座標と前記フレーム上における垂直方向の設定位置座標との差分をもとに前記水路の流水量を判定する判定手段と、を具備した流水監視システムを提供する。 In addition, a monocular camera that photographs the water surface of the water channel from obliquely above, a processing unit that captures and quantifies fluctuations in the water surface from an image of each frame photographed by the camera, and the camera based on the quantized value. Image processing means for specifying the highest position coordinates of fluctuations in the horizontal direction on the frame of the captured image, the highest position coordinates of fluctuations specified by the image processing means, and the set position in the vertical direction on the frame There is provided a water flow monitoring system comprising: a determination unit that determines a water flow amount of the water channel based on a difference from coordinates.
また、水路の水面を斜め上方から撮影する単眼カメラと、前記カメラで撮影したフレーム単位の画像から水面の揺らぎを捉え量子化する処理手段と、前記量子化された値をもとに前記カメラで撮影した画像のフレーム上の垂直方向の設定位置における水平方向に連なる揺らぎの幅の位置座標を特定する画像処理手段と、前記画像処理手段で特定した揺らぎの幅の位置座標と前記フレーム上の前記設定位置における水平方向の設定幅の位置座標との差分をもとに前記水路の流水量を判定する判定手段と、を具備した流水監視システムを提供する。 In addition, a monocular camera that photographs the water surface of the water channel from obliquely above, a processing unit that captures and quantifies fluctuations in the water surface from an image of each frame photographed by the camera, and the camera based on the quantized value. Image processing means for specifying the horizontal coordinate position of the fluctuation width in the vertical setting position on the frame of the photographed image, the positional coordinate of the fluctuation width specified by the image processing means, and the position on the frame There is provided a running water monitoring system comprising: a judging unit that judges a running water amount of the water channel based on a difference from a position coordinate of a set width in a horizontal direction at a set position.
また、単眼カメラで撮影した水路の画像をもとに前記水路の流水量を監視する流水監視システムとしてコンピュータを機能させるための流水監視プログラムであって、前記カメラで撮影した水路の流水部分の画像から水の揺らぎを捉え量子化する画像処理機能と、前記画像処理機能で得た値を判定対象データとして前記水路の流水量を判定する判定処理機能とをコンピュータに実現させる流水監視プログラムを提供する。 A water flow monitoring program for causing a computer to function as a water flow monitoring system for monitoring a water flow amount of the water channel based on an image of the water channel photographed by a monocular camera, wherein the image of a water flow portion of the water channel photographed by the camera Provided is a water flow monitoring program that causes a computer to realize an image processing function that captures and quantifies fluctuations in water and a determination processing function that determines the amount of water flowing in the water channel using the value obtained by the image processing function as determination target data .
本発明の実施形態によれば、監視対象にある水路の流水異常を経済的に有利な構成で効率よく検知し報知することができる。また、監視対象にある複数の水路に対して、単眼カメラ(一つの撮像カメラ)を用いた簡単なシステム構成で各水路の流水異常を水路別に効率よく検知し報知することができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to efficiently detect and notify an abnormality of flowing water in a water channel that is a monitoring target with an economically advantageous configuration. In addition, it is possible to efficiently detect and notify a water flow abnormality of each water channel for each water channel with a simple system configuration using a monocular camera (one imaging camera) for a plurality of water channels to be monitored.
本発明の実施形態に係る流水監視システムは、水路の流水部分を単眼カメラで撮影し、この画像から流水部分の変動画素(変動画素集合)を認識し、この変動画素を上記流水部分の水の揺らぎとして捉える。この水の揺らぎを量子化し、上記流水部分の画像における水の揺らぎの量(揺らぎの度合い)が設定された範囲内にあるか否かにより上記水路の流水量状態が正常な流水量状態にあるか否かを判定する。具体例を挙げると、工業用水路の複数の放水路から放水される流水(例えば複数の放水口の落差部分を流れる水)を一台のカメラ(単眼カメラ)で同時に撮影し、放水単位に切り出して、切り出した画像毎に、同画像における水の揺らぎの度合いを認識し量子化して、各放水路の流水量を同時に監視する(図1乃至図7参照)。上記した水の揺らぎの度合いを認識し量子化する画像処理の具体例として、この実施形態では、水の揺らぎの度合いを混雑率として算出し、[混雑率の増加=流水量の増加(揺らぎの度合いが大きい)]、[混雑率の減少=流水量の減少(揺らぎの度合いが小さい)]と認識することで、本出願人が確立した画像処理による混雑検知技術を水路における流水量の監視技術に援用している(図11乃至図20参照)。 The flowing water monitoring system according to the embodiment of the present invention captures a flowing water portion of a water channel with a monocular camera, recognizes a variation pixel (a variation pixel set) of the flowing water portion from this image, and detects the variation pixel in the water of the flowing water portion. We catch as fluctuation. This water fluctuation is quantized, and the water flow amount state of the water channel is in a normal flow amount state depending on whether or not the amount of water fluctuation (degree of fluctuation) in the image of the flowing water portion is within a set range. It is determined whether or not. To give a specific example, water that is discharged from a plurality of industrial canals (for example, water flowing through the heads of a plurality of outlets) is simultaneously photographed with a single camera (monocular camera) and cut into discharge units. For each cut-out image, the degree of water fluctuation in the image is recognized and quantized, and the amount of water flowing through each water discharge channel is monitored simultaneously (see FIGS. 1 to 7). As a specific example of image processing for recognizing and quantizing the degree of water fluctuation described above, in this embodiment, the degree of water fluctuation is calculated as a congestion rate, and [increase in congestion rate = increase in the amount of flowing water (of fluctuation) The degree of congestion detection using image processing established by the present applicant is a technology for monitoring the amount of flowing water in a water channel by recognizing that the degree of congestion is small) and the amount of flowing water is decreasing (the degree of fluctuation is small). (See FIGS. 11 to 20).
また、他の実施形態として、河川を含む水路を対象に、同水路を、固定した単眼カメラで、例えば斜め上方から鳥瞰撮影し、撮影した画像から同水路の水面の揺らぎ(例えば表面張力波)を検出し、フレーム単位の画面上における水平方向に連なる水面の揺らぎ(表面張力波)の垂直方向の最上位の位置座標、または上記画面上の一定水平位置における同方向に連なる水面の揺らぎの幅の位置座標を求めて、求めた位置座標と上記画面上に設定した位置座標との差分により上記水路の流水量を推定し、上記水路の流水量を監視する(図8乃至図10参照)。 Further, as another embodiment, for a water channel including a river, the water channel is photographed with a fixed monocular camera, for example, a bird's-eye view from obliquely above, and the fluctuation of the water surface of the water channel (for example, surface tension wave) is taken from the photographed image. The vertical position coordinates of the horizontal fluctuation (surface tension wave) in the horizontal direction on the screen in units of frames, or the width of fluctuation in the same direction in the same horizontal position on the screen The flow amount of the water channel is estimated from the difference between the obtained position coordinate and the position coordinate set on the screen, and the flow amount of the water channel is monitored (see FIGS. 8 to 10).
上記した実施形態の流水量監視機構は、それぞれ単眼カメラで撮影した画像から水の揺らぎの度合いを認識し量子化する画像処理技術により実現される。従って、水路の流水部分に直接センサを設けることなく、監視対象にある水路の流水異常を経済的に有利な構成で効率よく検知し報知することができる。また、監視対象にある複数の水路に対して、単眼カメラ(一つの撮像カメラ)を用いた簡単なシステム構成で各水路の流水異常を水路別に効率よく検知し報知することができる。 The flowing water amount monitoring mechanism of the above-described embodiment is realized by an image processing technique that recognizes and quantizes the degree of water fluctuation from an image captured by a monocular camera. Therefore, it is possible to efficiently detect and notify an abnormality of the flowing water of the water channel being monitored with an economically advantageous configuration without providing a sensor directly in the flowing water portion of the water channel. In addition, it is possible to efficiently detect and notify a water flow abnormality of each water channel for each water channel with a simple system configuration using a monocular camera (one imaging camera) for a plurality of water channels to be monitored.
以下図面を参照して本発明の実施形態に係る流水監視システムを説明する。 A flowing water monitoring system according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
この実施形態に係る流水監視システムは、図1に示すように、水路1における流水(Wb)部分の画像を撮影する単眼カメラ(一つのカメラ)11と、このカメラ11で撮影した流水(Wb)部分の画像をキャプチャするキャプチャ部12と、このキャプチャ部12でキャプチャした流水(Wb)部分の画像から水の揺らぎを捉え、この揺らぎの情報をもとに上記水路1の流水量を判定する画像処理部13と、画像処理部13の判定結果の情報を出力する出力手段14とを具備して構成される。
As shown in FIG. 1, the flowing water monitoring system according to this embodiment includes a monocular camera (one camera) 11 that captures an image of a flowing water (Wb) portion in the
カメラ11は、監視対象となる水路1の画像を一定の位置および画角で撮影する。この実施形態では、図2乃至図4に示すように、工業用の複数の放水路(例えば冷却用放水路)を監視対象水路として上記複数の放水路が1フレームの映像に収まるように予め設定された位置に固定され、上記複数の放水路を撮影した画像をフレーム単位の映像として出力する。図2は監視対象となる水路1の構成と同水路1に対するカメラ11の位置関係とを示す、水路を斜め上方からみたカメラ配置図、図3は図2に示す配置構成を側方からみたカメラ配置図、図4はカメラ11で撮影した水路1の切り出し画像を示す図である。
The
図2および図3に示す構成では、カメラ11が撮影する流水(Wb)部分について、カメラ11に入射される水の揺らぎ(乱反射)をより際立たせるため、監視対象となる水路1に並設された複数本(n本)の放水口1d,1d,…,1dにおける落差部分1h,1h,…,1hを照明灯2により照明している。この照明灯2は、画像処理部13の処理動作に同期して点灯駆動される。なお、ここでは、水路1を流れる放水用の流水(Wa)をm本の流水路の放水口1d,1d,…,1dに配分し、m本の流水路の放水口1d,1d,…,1dから落差部分1h,1h,…,1hに流水(Wb)を均等に放水して、被冷却部材(B)の表面を均一に冷却する工程を例に示している。
In the configuration shown in FIGS. 2 and 3, the flowing water (Wb) portion photographed by the
図4に示す切り出し画像は、カメラ11が撮影したフレーム単位の画像に含まれる、m本の流水路の放水口1d,1d,…,1dの落差部分1h,1h,…,1hにおける各流水(Wb)から、1つの放水口1dを切り出し単位に、流水(Wb)部分の画像を、切り出し画像p1,p2,…,pnとして切り出している。上記画像処理部13は、この切り出し画像p1,p2,…,pnのそれぞれについて、切り出し画像を処理単位に、流水(Wb)の流水量判定処理を実施する。
The cut-out image shown in FIG. 4 includes each flowing water at the
上記画像処理部13は、上記カメラ11で撮影した流水(Wb)部分の映像から水の揺らぎを捉え量子化して水路1における流水(Wb)の流水量を示す流水量データを生成する流水画像処理部15と、この流水画像処理部15で得た流水量データを判定対象データとして設定パラメータをもとに上記水路1の流水量が設定範囲内の正常状態にあるか否かを判定する判定処理部16とを具備して構成される。
The
流水画像処理部15は、キャプチャ部12がキャプチャした最新のフレーム単位の画像を現在の処理対象画像(映像フレーム)としてバッファする画像バッファ15aと、上記流水(Wb)部分の映像フレームから水の揺らぎを捉え量子化して水路1における流水(Wb)の流水量を示す流水量データを算出する流水量導出処理部15bと、流水量導出処理部15bが算出した流水量データを判定処理部16の判定対象データとしてバッファする流水量バッファ15cとを具備して構成される。
The running water
この実施形態では、上記流水量導出処理部15bを、上述した混雑検知技術による混雑率導出部により実現しており、以降、「流水量導出処理部」を「混雑率導出部」と呼称し、「流水量バッファ」を「混雑率バッファ」と呼称する。
In this embodiment, the flowing water amount
この混雑率導出部15bによる混雑率導出処理では、上述したように、水の揺らぎの度合いを混雑率として算出し、[混雑率の増加=流水量の増加(揺らぎの度合いが大きい)]、[混雑率の減少=流水量の減少(揺らぎの度合いが小さい)]と認識する。この混雑率導出部15bのより具体的な構成並びに動作については図11乃至図20を参照して後述する。
In the congestion rate deriving process by the congestion
判定処理部16は、流水画像処理部15の混雑率バッファ15cに貯えられた混雑率を判定対象データとして後述する設定パラメータをもとに混雑率の超過有無を判定する流水量増減判定部16aと、この流水量増減判定部16aの判定結果情報(異常/正常)を保持する判定結果バッファ16bと、この判定結果バッファ16bの判定結果情報が異常を示したとき水路1の流水量が異常状態に陥ったことを外部に報知すべく出力手段14を制御する判定出力処理部16cとを具備して構成される。なお、ここでは出力手段として表示部14のみを開示しているが、外部のアラーム報知機器や無線通信機器等であっても、あるいはこれらの機器を含んだ構成であってもよい。
The
流水量増減判定部16aは、図7に示すように、平均値設定パラメータ(Pa)に従うフレーム数および時系列範囲の複数フレームの混雑率(Rc0,Rc1,Rc2,…,Rcn)を処理対象とした平均混雑率(Rc_0,Rc_1,Rc_2,…,Rc_n)の算出処理機能と、比較対象パラメータ(Pb)に従うフレーム数および時系列範囲の複数フレームを対象とした比較対象混雑率(RcPast)の算出処理機能と、現在(最新)の平均混雑率(Rc_n)と比較対象混雑率(RcPast)との差分機能と、図6に示すように、差分処理結果の値が増減パラメータとして予め設定された閾値(Th1,Th2)の範囲内にあるか否かを判定する処理機能とを具備する。
As shown in FIG. 7, the flow amount increase /
流水量増減判定部16aは、流水画像処理部15の混雑率バッファ15cに貯えられた流水量データを現在の混雑率として、過去に遡る時系列の一定量の混雑率(Rc0,Rc1,Rc2,…Rcn)を貯えるバッファメモリ領域(Ba)と、このバッファメモリ領域(Ba)に貯えられた現在および過去の混雑率から、平均値設定パラメータ(Pa)に従うフレーム数および時系列範囲の複数の混雑率をもとに平均混雑率(R_cn)を算出する算出処理手段、および算出した平均混雑率(R_cn)を保持するバッファメモリ領域(Bb)と、比較対象パラメータ(Pb)に従うフレーム数および時系列範囲の複数の平均混雑率(例:Rc_0,Rc_1,Rc_2)をもとに過去の複数の平均混雑率の平均値を算出する算出処理手段、およびこの算出値を比較対象混雑率(RcPast)として保持する比較対象混雑率の算出処理手段およびバッファメモリ領域(Bc)と、現在の平均混雑率(Rc_n)と比較対象混雑率(RcPast)との差分をとり、その値が図6に示す、増減パラメータとして予め設定された閾値Th1,Th2の範囲内にあるか或いは上記範囲を超過(逸脱)したか否かを判定し、上記水路1の流水量が設定範囲内の正常状態にあるか設定範囲を超えた異常状態にあるかを示す判定結果情報を出力する処理手段とを具備する。
The flow rate increase /
上記構成による流水監視システムの処理手順を図5に示すフローチャートを参照して説明する。 A processing procedure of the flowing water monitoring system having the above configuration will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
カメラ11は、監視対象となる水路1の画像を一定の位置および画角で撮影し、水路1の流水(Wb)部分における水の揺らぎを光の乱反射による輝度の変動を伴う画像として捉える。ここでは、m本の流水路の放水口1d,1d,…,1dの落差部分1h,1h,…,1hにおける流水(Wb)部分の画像をフレーム単位で撮影する。
The
このカメラ11で撮影した画像はフレーム単位でキャプチャ部12にキャプチャされ画像処理部13の画像バッファ15aに貯えられる。
Images captured by the
混雑率導出部15bは画像バッファ15aに貯えられた画像から上記流水(Wb)部分の画像を一つずつ切り出し画像pi(i=1,2,…,n)として切り出し、当該流水(Wb)部分の映像から水の揺らぎを捉え量子化して、水の揺らぎの度合いを混雑率として算出し、この算出値(混雑率)を混雑率バッファ15cに貯える(ステップS1)。
The congestion
流水量増減判定部16aは、画像バッファ15aの映像フレームが更新される都度、混雑率バッファ15cから現在フレームの混雑率(Rcn)を読み込み、当該混雑率(Rcn)を含んだ現在の平均混雑率(Rc_n)を算出するとともに、比較対象混雑率(RcPast)を更新し、更新した比較対象混雑率(RcPast)と現在の平均混雑率(R_cn)との差分をとり(ステップS3)、差分が生じたとき(ステップS3 Yes)、その値が増減パラメータ(Th1,Th2)の範囲内にあるか否かを判定し、その判定結果情報を判定結果バッファ16bに貯える(ステップS4)。
The flowing water amount increase /
流水量増減判定部16aは、上記した処理(ステップS2〜S4)を上記m本の流水路の放水口1d,1d,…,1dの切り出し画像p1,p2,…,pnのそれぞれについて、順次、繰り返し実行する。
The flow amount increase /
判定出力処理部16cは判定結果バッファ16bの判定結果情報が異常を示したとき水路1の流水量が異常状態に陥ったことを外部に報知すべく表示部14を含む所定の出力手段(例えばアラーム報知機器、無線通信機器等)を起動制御する。また、定常状態においても上記m本の流水路の放水口1d,1d,…,1dについて、放水口毎に流水量の正常/異常を表示部14の表示画面に表示する(ステップS5)。
The determination
上記したように、単眼カメラ11で撮影した画像から水の揺らぎの度合いを認識し量子化して流水量の異常を判定する画像処理機構が実現でき、これによって、水路の流水部分に直接センサを設けることなく、監視対象にある水路の流水異常を経済的に有利な構成で効率よく検知し報知することができるとともに、監視対象にある複数の水路に対して、一つの撮像カメラを用いた簡単なシステム構成で各水路の流水異常を水路別に効率よく検知し報知することができる。
As described above, it is possible to realize an image processing mechanism that recognizes the degree of water fluctuation from an image captured by the
上記した実施形態は、、単眼カメラ11で撮影した画像から水の揺らぎの度合いを認識し量子化して流水量の異常を判定する画像処理であった。
The above-described embodiment is image processing for recognizing the degree of water fluctuation from an image photographed by the
上記したフレーム映像から水の揺らぎを認識し量子化して流水量の異常を判定する画像処理技術を適用した本発明の他の実施形態(実施例1、2)を図8乃至図10を参照して以下に示す。なお、ここでは、システム全体の構成要素について図1を援用する。 Other embodiments (Examples 1 and 2) of the present invention to which image processing technology for recognizing fluctuation of water from the above frame image and quantizing and judging an abnormality in the amount of flowing water are described with reference to FIGS. Is shown below. Here, FIG. 1 is used for the components of the entire system.
図8は上記実施例1に係るカメラ11の撮影対象を示したもので、ここでは水路(C)を路肩(Bk)の一部を含んで斜め上方から撮影する。図9は上記カメラ11で撮影した映像フレームを示したもので、この映像フレーム14aには、水路(C)の路肩(Bk)と水路(C)を流れる流水が撮像される。ここではカメラ11に照明灯2を併設し、水路(C)の水面を照明している。
FIG. 8 shows a subject to be photographed by the
画像処理部13は、カメラ11で撮影した映像フレーム14aから水平方向の幅を規定した一定幅の矩形の領域を切り出し、当該切り出した領域の画像を処理対象画像として水面の揺らぎを捉え量子化する。量子化された値をもとに図9に示す映像フレーム14a上の水平方向に連なる揺らぎの最上位の位置座標(W)を特定する。この揺らぎの最上位の位置座標(W)は水路(C)の流水量に応じ上記映像フレーム14a上で変化する(WH−WL)。この揺らぎの最上位の位置座標(W)が上記映像フレーム14a上で予め設定した垂直方向の上限流水量を定める位置座標(DL)と下限流水量を定める位置座標(DR)と間にあるか否かを差分処理により判定する。位置座標(W)が位置座標(DR)を超えたとき、警報を発する。
The
図10(a)は上記実施例2に係るカメラ11の撮影対象を示したもので、ここでは撮影対象である水路(C)が路側に傾斜面を有し、路肩(Bk)に対して路底が幅狭な水路構造となっている。この水路(C)を路肩(Bk)の一部を含んで斜め上方から撮影する。図10(b)は上記カメラ11で撮影した映像フレームを示したもので、この映像フレーム14bには、水路(C)の路肩(Bk)および一部の路側面のと水路(C)を流れる流水が撮像される。
FIG. 10A shows a subject to be photographed by the
画像処理部13は、カメラ11で撮影した映像フレーム14bから水面の揺らぎを捉え量子化する。量子化された値をもとに図10(b)に示す映像フレーム14b上の設定した垂直位置座標と交差する水平方向に連なる揺らぎの幅の位置座標(W=両端の位置座標)を取得する。この揺らぎの幅の位置座標(W)は水路(C)の流水量に応じ上記映像フレーム14a上で変化する。この揺らぎの幅の位置座標(W)が上記映像フレーム14a上で予め設定した垂直方向の上限流水量を定める位置座標(DL)と下限流水量を定める位置座標(DR)と間にあるか否かを差分処理により判定する。位置座標(W)が位置座標(DR)を超えたとき、アラーム報知等による警報の発令処理を実施する。
The
上記した他の実施例1,2による流水監視システムは、工業用水路に限らず、例えば灌漑用水路、一般河川等の水路に幅広く適用可能である。
The flowing water monitoring system according to the
ここで、上記した実施形態に係る、雑検知技術を用いた混雑率導出部15bのより具現化した構成並びに動作について図11乃至図20を参照して説明する。
Here, the configuration and operation of the congestion
混雑率導出部15bは、カメラ11で撮影した画像を順次入力し、前記入力した一定期間内の複数の画像を対象に、流水部分の画像を処理対象画像として抽出し、抽出した処理対象画像について、設定した最低閾値上限値をもとに、輝度変動に伴い変動する画素単位の自動閾値を算出するとともに、上記一定期間内の複数の処理対象画像の対応する画素に対する輝度分散情報を算出する自動閾値算出処理部と、上記自動閾値算出処理部で算出した輝度分散情報を一定のサンプリング周期で抽出し、抽出した設定時間単位の複数の輝度分散情報について画素あたりの平均輝度分散と輝度分散の標準偏差を算出する変動情報算出部と、上記最低閾値上限値と前記変動情報算出部で算出した平均輝度分散および輝度分散の標準偏差をもとに、上記処理対象画像の各画素について当該画素が、安定画素、変動画素、過変動画素のいずれであるかを判定し、過変動画素の占有率を処理対象画像における混雑率(=水の揺らぎの度合い)として算出する画素判定部とを具備して構成される。
The congestion
単眼カメラ(一つのカメラ)で撮影した時系列の複数の画像から変化画素を含む矩形の領域を抽出する領域抽出処理機能を有する画像処理装置において、本出願人は、入力した一定期間内の複数の画素を対象に、画素あたりの輝度平均値と標準偏差を算出し、算出した画素毎の標準偏差を、変化画素を抽出するための対応する画素の閾値(輝度変動に伴い変動する画素単位の自動閾値)に設定することにより、動物体の追跡性能を改善した画像処理技術を実現した(特開2008−250892参照)。この自動閾値の算出処理機能を備えた画像処理技術を応用して、現在画像と過去画像から停止物を検知し、停止物と動物体を区別して画面上に表示することを可能にした停止物検知処理機能を実現した(特願2009−046885)。さらに、この停止物検知処理機能の延長技術として上記自動閾値算出処理機能を備えた画像処理技術を応用して、動物体の混雑度(例えば公共利用施設等における人物の混雑度)を検知し、混雑状態にあることを外部装置に対し通知することが可能な混雑検知判定機能の開発を試みた。上記停止物検知処理機能では、動きの多い画像の画素は輝度値のバラツキ(分散)が大きく、動きのない画像の画素は輝度値のバラツキが小さく低輝度の狭い輝度範囲内に安定して収まっていることに着目し、入力した一定期間内の複数の画像を対象に、画素あたりの輝度分散値と標準偏差を算出し、この輝度分散値または標準偏差を閾値に利用して、輝度値の分散が大きいところの画素は棄て、低輝度の狭い輝度範囲内に安定して収まっている画素のみを背景画素と見做し抽出して画素集合による背景画像を作成している。 In an image processing apparatus having an area extraction processing function for extracting a rectangular area including a change pixel from a plurality of time-series images captured by a monocular camera (one camera), the applicant of the present invention For each pixel, the average luminance value and standard deviation per pixel are calculated, and the calculated standard deviation for each pixel is set to the threshold value of the corresponding pixel for extracting the change pixel (for each pixel that varies with luminance variation). By setting the threshold to (automatic threshold), an image processing technique with improved tracking performance of the moving object was realized (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-250892). A stationary object that is capable of detecting a stationary object from the current image and the past image, distinguishing the stationary object from the moving object, and displaying it on the screen by applying the image processing technology equipped with this automatic threshold calculation processing function. The detection processing function was realized (Japanese Patent Application No. 2009-046885). Furthermore, by applying the image processing technology provided with the automatic threshold calculation processing function as an extension technology of this stationary object detection processing function, the degree of congestion of a moving object (for example, the degree of congestion of a person in a public use facility or the like) is detected, An attempt was made to develop a congestion detection / determination function that can notify an external device that it is congested. In the stationary object detection processing function, pixels with a large amount of movement have large luminance value dispersion (dispersion), and pixels with no movement have a small luminance value variation within a narrow low luminance range. The luminance variance value and standard deviation per pixel are calculated for multiple images within a certain period of time, and this luminance variance value or standard deviation is used as a threshold value. Pixels with a large variance are discarded, and only a pixel that is stably within a low luminance range with a low luminance is regarded as a background pixel and extracted to create a background image by a set of pixels.
本発明の実施形態に係る画像処理装置は、上記輝度変動に伴い変動する画素単位の自動閾値を参照値として、入力映像の輝度の変動状況を調査し、流動状態(変動状態)、混雑状態(雑踏状態)、安定状態(不動状態)の3状態を検知する混雑検知判定機能を有する。上記流動状態は、変動画素(一過性の動きを伴う画素)の閾値変動(閾値平均の変動が大きい状態)を監視することにより検出可能である。上記混雑状態(雑踏状態)は過変動画素(継続的に変動している画素=揺らぎを伴う画素)の閾値変動(閾値平均が高く安定している状態)を監視することにより検出可能である。上記安定状態(定常状態)は安定画素(不変動画素)の閾値変動(閾値平均が低く安定している状態)を監視することにより検出可能である。 The image processing apparatus according to the embodiment of the present invention investigates the luminance fluctuation state of the input video using the automatic threshold value of the pixel unit that fluctuates with the luminance fluctuation as a reference value, and determines the flow state (fluctuation state), the congestion state ( It has a congestion detection determination function that detects three states of a crowded state) and a stable state (non-moving state). The flow state can be detected by monitoring a threshold variation (a state in which a threshold average variation is large) of a variation pixel (a pixel with a transient motion). The congestion state (busy state) can be detected by monitoring threshold fluctuations (state in which the threshold average is high and stable) of over-variable pixels (pixels that are continuously fluctuating = pixels with fluctuations). The stable state (steady state) can be detected by monitoring the threshold variation (a state where the average threshold is low and stable) of the stable pixel (non-variable pixel).
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、この実施形態では、カメラ(単眼カメラ)から取り込んだ1フレーム(1画面)分の画像データを、単に画像若しくは画面上の画像若しくは一画面分の画像と称している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, image data for one frame (one screen) captured from a camera (monocular camera) is simply referred to as an image, an image on the screen, or an image for one screen.
本発明の実施形態に係る画像処理装置は、図11に示すように、カメラ11と、キャプチャ部12と、画像処理部13と、表示部14とを具備して構成される。
As shown in FIG. 11, the image processing apparatus according to the embodiment of the present invention includes a
カメラ11は、レンズユニットとレンズユニットの結像位置に設けられた撮像素子(例えばCCD固体撮像素子、若しくはCMOSイメージセンサ)とを具備して、屋外若しくは屋内の動きを伴う被写体(動物体)を対象に、撮像した一画面分の画像を所定の画素単位(例えば1フレーム320×240画素=QVGA)で出力する。
The
キャプチャ部12は、カメラ11が撮像したフレーム単位の画像を画像処理部13の処理対象画像(入力画像)として取り込み、後述する画像バッファに保持する処理機能をもつ。
The
画像処理部13は、変動画素抽出処理機能部13Aと、混雑検知処理機能部13Bと、判定処理機能部13Cとを具備して構成される。変動画素抽出処理機能部13Aは、入力した一定期間内の複数の画像(上記図7に示した平均値設定パラメータ(Pa)により設定されたフレーム数および時系列範囲に従う映像フレーム)を対象に、マスク領域を除く処理対象画像について、輝度変動に伴い変動する画素単位の自動閾値を算出するとともに、前記一定期間内の複数の処理対象画像の対応する画素に対する輝度分散情報を算出し、算出した輝度分散情報を一定のサンプリング周期で抽出し、抽出した設定時間単位の複数の輝度分散情報について画素あたりの平均輝度分散と輝度分散の標準偏差を算出する処理機能を実現している。
The
本自動閾値の算出に当っては、最低閾値上下限値をパラメータで与える。最低閾値とは、自動閾値算出の過程で、画素単位に求めた輝度値の分散または標準偏差の画面全体の平均値および分散又は標準偏差から求めるもので、各画素にて設定する閾値の下限値として与える値である。最低閾値上下限値とは、求めた最低閾値の上下限値とするパラメータであり、最低閾値下限値はノイズの過剰検知を抑制するために設定し、最低閾値上限値は、確実に輝度の差として捉えるべき偏差を規定するために設定する。このパラメータとして与える最低閾値上限値を安定画素、流動画素、混雑画素の判定値閾値として利用する。 In calculating this automatic threshold, the minimum threshold upper and lower limit values are given as parameters. The minimum threshold value is obtained from the average value and variance or standard deviation of the variance or standard deviation of the luminance value obtained for each pixel in the process of automatic threshold calculation. The lower limit value of the threshold value set for each pixel Is the value given as The minimum threshold upper and lower limit values are parameters that are the upper and lower limit values of the obtained minimum threshold. The minimum threshold lower limit value is set to suppress excessive detection of noise, and the minimum threshold upper limit value is surely the difference in luminance. Set to define the deviation to be taken as. The minimum threshold upper limit value given as this parameter is used as a determination value threshold for stable pixels, flow pixels, and congested pixels.
混雑検知処理機能部13Bは、変動画素抽出処理機能部13Aが算出した輝度分散情報を一定のサンプリング周期で抽出し、抽出した設定時間単位の複数の輝度分散情報について画素あたりの平均輝度分散と輝度分散の標準偏差を算出して、この平均輝度分散および輝度分散の標準偏差と、上記変動画素抽出処理機能部13Aの算出で利用する閾値(最低閾値上限値)をもとに、前記処理対象画像の各画素について当該画素が、安定画素、変動画素、過変動画素のいずれであるかを判定する処理機能と、判定した安定画素、変動画素、過変動画素について上記処理対象画像における各画素の占有率を算出し、算出した過変動画素の占有率をもとに、設定された混雑率を超える混雑状態を判定する処理機能を実現している。判定処理機能部13Cは、上記図1に示した判定処理部16の処理機能を実現している。
The congestion detection
表示部14は、判定処理機能部13Cが判定した混雑状態を表示する。例えば混雑状態を提示した描画情報を、対応する混雑ログとともに採取して保存した撮影画像とともに表示する。また、画素毎の混雑判定結果(安定/流動/混雑)、ブロック単位の混雑判定結果(安定/流動/混雑)、流動検知状態、混雑検知状態、流動ブロック占有率、混雑ブロック占有率、画素毎の閾値、閾値平均、閾値標準偏差、ブロック単位の流動/混雑画素数、処理対象画素数、画面全体の処理対象画素数、流動/混雑画素数、各画素の安定/変動/過変動状態画像、各ブロックの安定/流動/混雑状態画像等の詳細情報をユーザに提示可能にしている。
The
上記した画像処理部13における各機能部の構成を図12に示している。なお、この図12に示す実施形態では、上記処理対象画像における画素単位の混雑判定処理機能に加えて上記処理対象画像を複数のブロックに分割した分割領域単位の混雑判定処理機能を備えた機能構成を例示している。
FIG. 12 shows the configuration of each functional unit in the
画像処理部13は、変動画素抽出処理機能部13Aを構成する画像バッファメモリ130aおよび自動閾値算出処理部131と、混雑検知処理機能部13Bを構成する変動情報算出部132、混雑画素抽出部133、混雑ブロック算出部134および混雑率導出部135と、混雑判定データメモリ130bとを具備して構成される。
The
画像バッファメモリ130aは、キャプチャ部12が一定のタイミングで取り込んだフレーム単位の画像を入力画像として時系列に複数フレーム分貯える。この画像バッファメモリ130a上に貯えられた入力画像に対して混雑検知処理を必要としないマスク領域が設定され、マスク領域の画像を除いた処理対象画像領域の各画素が混雑検知の処理対象画素となる。また、この画像バッファメモリ130aには、外部入力パラメータの入力画像選択指定により、原画像(空間微分画像)またはエッジ画像(輪郭画像)が入力画像として貯えられ、自動閾値算出処理部131にて原画像用の自動閾値またはエッジ画像用の自動閾値が算出される。
The
自動閾値算出処理部131は、画像バッファメモリ130aに貯えられた一定期間内の複数の画像(原画像またはエッジ画像)を対象に、マスク領域を除く処理対象画像について、輝度変動に伴い変動する画素単位の自動閾値(低輝度の安定画素を抽出するための最低閾値算出を含む)を算出する自動閾値算出部と、上記一定期間内の複数の処理対象画像の対応する画素に対する輝度分散情報を算出し、算出した輝度分散情報を一定のサンプリング周期で抽出し、抽出した設定時間単位の複数の輝度分散情報について画素あたりの平均輝度分散と輝度分散の標準偏差を算出する変動画素算出部を具備して構成される。
The automatic threshold value
この自動閾値算出処理部131における自動閾値算出部は、本願の発明者により提案された特開2008−250892号に記載の自動閾値設定技術により実現されたもので、この自動閾値設定技術では、入力した一定期間内の複数の画素を対象に、画素あたりの輝度平均値と標準偏差を算出し、算出した画素毎の標準偏差を、変化画素を抽出するための対応する画素の閾値に設定している。この自動閾値の算出の過程において、画像上のノイズの影響を排除するために、画素単位に求めた輝度値の分散または標準偏差の画面全体の平均値および分散又は標準偏差から求めるもので、各画素にて設定する閾値の下限値として与えることを特徴とする。最低閾値上下限値とは、この求めた最低閾値の上下限値とするパラメータであり、最低閾値下限値はノイズの過剰検知を抑制するために設定し、最低閾値上限値は、確実に輝度の差として捉えるべき偏差を規定するために設定する。
The automatic threshold value calculation unit in the automatic threshold value
この特開2008−250892に記載の自動閾値設定技術により設定された自動閾値は、輝度の変動の大きい画素において高い閾値を自動的に設定し、変動の小さい画素=背景と思われる画素においては、低く安定した閾値を設定する。 The automatic threshold value set by the automatic threshold value setting technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-250892 is automatically set to a high threshold value for a pixel having a large variation in luminance. Set a low and stable threshold.
この発明の実施形態においては、上記特開2008−250892に記載した最低閾値上限値を混雑検知に参照情報として利用する閾値(FTh)としている。 In the embodiment of the present invention, the minimum threshold upper limit value described in JP 2008-250892 A is used as a threshold (FTh) used as reference information for congestion detection.
なお、この自動閾値算出処理部131には、図示しないが、自動閾値算出処理用バッファが設けられ、この自動閾値算出処理用バッファには、自動閾値の算出処理に供される演算途中の各種データ、内部パラメータ等を貯える領域、外部入力パラメータを貯える領域等が設けられる。外部入力パラメータとして一例を挙げると、差分処理の画像タイプ(例えば、1;原画像、2;エッジ画像)、自動閾値を計算するための参照フレーム数(例えば、参照フレーム数(n)=12)、自動閾値の変動範囲を設定するための原画像用の最低閾値上下限値、エッジ画像用の最低閾値上下限値等の各種パラメータ値が設定される。
Although not shown, the automatic threshold value
自動閾値算出処理部131における変動画素算出部は、画像バッファメモリ130aをリード(R)アクセスし、画像バッファメモリ130aに貯えられた上記一定期間内の複数の処理対象画像の対応する画素に対する輝度分散情報(輝度分散値BTi)を算出し、自動閾値算出処理部131の内部に設けたデータバッファに貯える。
The variable pixel calculation unit in the automatic threshold
変動情報算出部132は、変動画素抽出部131の内部データバッファに貯えられた輝度分散情報(輝度分散値BTi)を、外部入力パラメータにより設定されたフレーム間隔とフレーム数に従う一定のサンプリング周期でリード(R)し(抽出し)、抽出した設定時間単位の複数の輝度分散情報(輝度分散値BTi)について画素あたりの平均輝度分散と輝度分散の標準偏差を算出する。この平均輝度分散の値を画素単位の平均閾値(μBTi)とし、輝度分散の標準偏差の値を標準偏差(σBTi)として、混雑判定データメモリ130bの画像変動情報データ領域b1にライト(W)し記憶する処理機能を有する。
The variation
混雑画素抽出部133は、変動画素抽出部131から入力した閾値(FTh)について、混雑判定データメモリ130bの画像変動情報データ領域b1から、各画素の平均閾値(μBTi)と標準偏差(σBTi)をリード(R)し、閾値(FTh)を参照値として、平均閾値(μBTi)と標準偏差(σBTi)を判定閾値とし、上記画素が、安定画素、変動画素、過変動画素のいずれであるかを判定し、判定結果のデータ(混雑判定データ)を混雑判定データメモリ130bの混雑判定データ領域b2にライト(W)し格納する処理機能を有する。
The congestion
混雑ブロック算出部134は、混雑判定データメモリ130bの混雑判定データ領域b2に貯えられた混雑判定データをリード(R)し、混雑画素抽出部133で判定した安定画素、変動画素、過変動画素について、画像を複数の画素単位でブロック分割した画像領域毎に、安定画素の占有率、変動画素の占有率、過変動画素の占有率を算出し、算出したブロック単位の各占有率のデータ(混雑判定データ)を混雑判定データメモリ130bの混雑判定データ領域b3にライト(W)し格納する処理機能を有する。
The congestion
混雑率導出部135は、混雑判定データメモリ130bの混雑判定データ領域b3に貯えられた混雑判定データをリード(R)アクセスし、混雑ブロック算出部134で算出した安定画素および変動画素の占有率と過変動画素の占有率をもとに、設定された混雑率を超える混雑状態を判定して、表示部14に表示する処理機能を有する。この混雑率導出部135に示したバッファ(BUF)135cは図1に示した混雑率バッファ15cに相当する。
The congestion
判定処理部136は、上記図1に示した判定処理部16の処理機能を実現している。この判定処理部136に示したバッファ(BUF)136bは上記図1に示した判定結果バッファ16bに相当する。
The
なお、混雑判定データメモリ130bには、上記したデータ領域b1〜b3の他に、混雑検知判定画像データ、マスク画像データ等を貯える画像データ格納領域や、混雑検知処理の実行フラグ(例えば、流動検知処理実行フラグ、混雑検知処理実行フラグ等)を貯えるフラグ格納領域や、演算パラメータ(例えば、原画像/エッジ画像設定パラメータ、混雑判定フレーム間隔設定パラメータ、流動判定パラメータ、混雑判定パラメータ等)を貯えるパラメータ格納領域や、演算処理カウンタ(例えば、混雑検知処理カウンタ、処理フレーム間隔判定用カウンタ等)として用いられるカウンタ領域や、その他、混雑検知判定処理に供される演算処理用のバッファ、ポインタ等を貯える、混雑検知判定処理用の作業領域などが設けられる。
In the congestion
本発明の実施形態に係る画像処理装置は、入力映像の状態によって輝度の変動状況を調査し、流動状態(変動状態)、混雑状態(雑踏状態)、安定状態(不動状態)の3状態を検知することによって混雑検知を行う混雑検知判定機能を実現している。 The image processing apparatus according to the embodiment of the present invention investigates the luminance fluctuation state according to the state of the input video, and detects three states of a fluid state (fluctuating state), a crowded state (busy state), and a stable state (non-moving state). By doing so, a congestion detection determination function that performs congestion detection is realized.
(1).画素単位の混雑判定処理動作
画像処理部13に設けられた変動画素抽出処理機能部13Aの構成要素である変動画素抽出部131は、画像バッファメモリ130aに貯えられた一定期間内の複数の画像(原画像またはエッジ画像)を対象に、マスク領域を除く処理対象画像について、輝度変動に伴い変動する画素単位の輝度分散情報(輝度分散値BTi)を算出し内部データバッファに貯える。
(1). Congestion determination processing operation in units of pixels The variable
混雑検知処理機能部13Bの構成要素である変動情報算出部132は、変動画素抽出部131の内部データバッファに貯えられた輝度分散情報(輝度分散値BTi)を、外部入力パラメータにより設定されたフレーム間隔とフレーム数に従う一定のサンプリング周期で抽出し、抽出した設定時間単位の複数の輝度分散情報(輝度分散値BTi)について画素あたりの平均輝度分散と輝度分散の標準偏差を算出し、算出した平均輝度分散の値を画素単位の平均閾値(μBTi)とし、輝度分散の標準偏差の値を標準偏差(σBTi)として、混雑判定データメモリ130bの画像変動情報データ領域b1にライト(W)する。
The variation
混雑検知処理機能部13Bの構成要素である混雑画素抽出部133は、変動画素抽出部131から閾値(FTh)を入力し、混雑判定データメモリ130bの画像変動情報データ領域b1から、対応する画素の平均閾値(μBTi)と標準偏差(σBTi)をリード(R)し、閾値(FTh)を参照値として、平均閾値(μBTi)と標準偏差(σBTi)を判定閾値とし、上記画素が、安定画素、変動画素、過変動画素のいずれであるかを判定し、判定結果のデータ(混雑判定データ)を混雑判定データメモリ130bの混雑判定データ領域b2にライト(W)する。
The congestion
この安定/変動/過変動の画素状態の判定で想定している閾値変動を図13および図14に示す。ここでは、平均閾値(μBTi)の判定閾値を閾値(FTh)=最低閾値上限値とし、標準偏差(σBTi)の判定閾値を最低閾値上限値×1/2としている。 FIG. 13 and FIG. 14 show threshold fluctuations assumed in the determination of the pixel state of the stability / fluctuation / over fluctuation. Here, the determination threshold value of the average threshold value (μBTi) is set to threshold value (FTh) = the minimum threshold value upper limit value, and the determination threshold value of standard deviation (σBTi) is set to the minimum threshold value upper limit value × ½.
図13(a)(b)に示すように、μBTiとσBTiがともに判定閾値未満であるとき「安定画素」と判定し、σBTiが判定閾値以上であるとき「変動画素」と判定し、μBTiが判定閾値以上で、かつσBTiが判定閾値未満であるとき継続して変動する「過変動画素」と判定する。 As shown in FIGS. 13A and 13B, when μBTi and σBTi are both less than the determination threshold, it is determined as “stable pixel”, and when σBTi is equal to or higher than the determination threshold, it is determined as “fluctuating pixel”. When the value is equal to or greater than the determination threshold value and σBTi is less than the determination threshold value, the pixel is determined as an “over-change pixel” that continuously varies.
この安定画素、変動画素、過変動画素の閾値変動状態を図14(a)(b)(c)に例示している。安定画素の閾値は図13(b)および図14(a)に示すように、平均閾値が低く、標準偏差も小さい閾値変動特性をもつ。変動画素の閾値は図13(b)および図14(b)に示すように、閾値が大きく変動し標準偏差が大きい閾値変動特性をもつ。動きを伴う画素が継続して変動している過変動画素の閾値は図13(b)および図14(c)に示すように、平均閾値が高い閾値変動特性をもつ。 FIGS. 14A, 14B, and 14C illustrate the threshold variation state of the stable pixel, the variation pixel, and the excessive variation pixel. As shown in FIGS. 13B and 14A, the threshold value of the stable pixel has a threshold fluctuation characteristic in which the average threshold value is low and the standard deviation is also small. As shown in FIGS. 13B and 14B, the threshold value of the variable pixel has a threshold value fluctuation characteristic in which the threshold value varies greatly and the standard deviation is large. As shown in FIGS. 13 (b) and 14 (c), the threshold value of an over-variable pixel in which pixels with movement continuously vary has a threshold variation characteristic with a high average threshold value.
混雑率導出部135は、混雑判定データメモリ130bの混雑判定データ領域b3に貯えられた混雑判定データをリード(R)し、混雑ブロック算出部134で算出した安定画素および変動画素の占有率と過変動画素の占有率をもとに、設定された混雑率を超える混雑状態を判定して、表示部14に表示する。
The congestion
このように、入力画像(原画像/エッジ画像)の閾値算出処理タイミングに同期して、各画素で求めた閾値の時間サンプリング(取得周期は、閾値算出フレーム数×閾値算出ブロックサイズの自動周期で、評価するサンプル数は外部パラメータとする)に対する平均閾値(μBTi)、標準偏差(σBTi)を求め、この情報と閾値(FTh)を利用して画素単位の安定/変動/過変動画素の状態を判定し、処理対象画像における過変動画素の割合(占有率)から混雑度を判定することにより、信頼性の高い混雑判定率を検出することができる。なお、原画像(輝度)による閾値を利用すると、明るさの変動程度の靄や霧、煙の検知まで可能となり、エッジ画像(輪郭)による閾値を利用すると、各種動物体の変動を捉えることが可能となる。 As described above, in synchronization with the threshold value calculation processing timing of the input image (original image / edge image), the time sampling of the threshold value obtained for each pixel (the acquisition cycle is the automatic cycle of the threshold calculation frame number × the threshold calculation block size). The average threshold value (μBTi) and standard deviation (σBTi) for the number of samples to be evaluated are external parameters), and using this information and the threshold value (FTh), the state of stable / fluctuating / over-varying pixels in pixel units is obtained. By determining and determining the degree of congestion from the ratio (occupation ratio) of over-variable pixels in the processing target image, a highly reliable congestion determination rate can be detected. If the threshold value based on the original image (brightness) is used, it is possible to detect soot, fog, and smoke that are about the fluctuation in brightness. If the threshold value based on the edge image (contour) is used, fluctuations in various moving objects can be captured. It becomes possible.
(2).ブロック単位の混雑判定処理動作
判定処理機能部13Cの構成要素である混雑ブロック算出部134は、混雑判定データメモリ130bの混雑判定データ領域b2に貯えられた混雑判定データをリード(R)し、混雑画素抽出部133で判定した安定画素、変動画素、過変動画素について、画像を複数の画素単位でブロック分割した画像領域毎に、安定画素の占有率、変動画素の占有率、過変動画素の占有率を算出し、算出したブロック単位の各占有率のデータ(混雑判定データ)を混雑判定データメモリ130bの混雑判定データ領域b3にライト(W)する。
(2). Congestion determination processing operation in block units The congestion
このブロック単位の処理では、混雑検知判定のために、処理対象画像を複数のブロックに分割する。ここでは、一例として、図15に示すように、QVGAの1フレーム(320×240画素)を、8画素×8画素を1ブロックとして、30×40ブロック(1200ブロック)に分割し、分割したブロック内(マスク画素を除く)の安定/変動/過変動画素、処理対象画素の数を管理する。このデータにより、ブロック単位での各種判定を可能とする。すなわち、指定したブロックの面積を分母とし、そのブロックの中で発生している変動画素、過変動画素の数を使用して占有率および混雑度を判定する。このブロック判定処理における占有率の算出手段を図16に示している。ここでは、安定画素占有率を[Σ安定画素/Σ(処理画素数(マスク領域除く))]、変動画素占有率を[Σ変動画素/Σ(処理画素数(マスク領域除く))]、過変動画素占有率を[Σ過変動画素/Σ(処理画素数(マスク領域除く))]で求め、安定画素占有率、変動画素占有率、過変動画素占有率の一番高い状態をそのブロックの状態とする。 In this block unit processing, the processing target image is divided into a plurality of blocks in order to detect congestion. Here, as an example, as shown in FIG. 15, one QVGA frame (320 × 240 pixels) is divided into 30 × 40 blocks (1200 blocks) with 8 pixels × 8 pixels as one block, and divided blocks. The number of stable / fluctuating / over-varying pixels and processing target pixels within (excluding mask pixels) is managed. With this data, various determinations in units of blocks are possible. In other words, the area of the designated block is used as the denominator, and the occupation rate and the degree of congestion are determined using the number of variable pixels and excessively variable pixels generated in the block. The occupancy ratio calculation means in this block determination process is shown in FIG. Here, the stable pixel occupancy is [Σ stable pixel / Σ (number of processed pixels (excluding mask area))], the variable pixel occupancy is [Σ changed pixel / Σ (number of processed pixels (excluding mask area))], The variable pixel occupancy is calculated by [Σ over-variable pixels / Σ (number of processed pixels (excluding mask area))], and the state with the highest stable pixel occupancy, variable pixel occupancy, and over-variable pixel occupancy is determined for the block. State.
混雑率導出部135は、混雑判定データメモリ130bの混雑判定データ領域b3に貯えられた混雑判定データをリード(R)し、混雑ブロック算出部134で算出した安定画素および変動画素の占有率と過変動画素の占有率をもとに、設定された混雑率を超える混雑状態を判定して、表示部14に表示する。
The congestion
ここでは、上記したブロック単位の結果をもとに、画面表示と最終判定を行う。「流動判定率」、「混雑判定率」は、処理対象ブロックに対する流動ブロック、混雑ブロックの占める割合を示すもので、混雑検知用の外部入力パラメータ(1〜10の設定で、10%〜100%を意味する)とする。「流動」の判定式を図17に示し、「混雑」の判定式を図18に示している。このパラメータにより、2段階の変化(流動<混雑の優先順位とする)を判定可能とする。この「流動」判定パラメータ、「混雑」判定パラメータの指定可能範囲を図19に例示している。 Here, screen display and final determination are performed based on the result of the block unit. “Flow determination rate” and “congestion determination rate” indicate the ratio of flow blocks and congestion blocks to the block to be processed, and are external input parameters for detecting congestion (10% to 100% when 1 to 10 are set) Mean). The determination formula of “flow” is shown in FIG. 17, and the determination formula of “congestion” is shown in FIG. This parameter makes it possible to determine a two-stage change (flow <congestion priority). FIG. 19 illustrates the specifiable range of the “flow” determination parameter and the “congestion” determination parameter.
また、フレーム単位の状態によって、時間的な連続性を考慮(確定時間、解除時間)し、流動/混雑の確定/解除判定を実施している。この流動/混雑状態の確定/解除とログおよび画像保存の処理タイミングを図20に示している。 Also, the flow / congestion determination / release determination is performed in consideration of temporal continuity (determination time, release time) depending on the state of each frame. FIG. 20 shows processing timings for confirming / releasing the flow / congestion state and log and image storage.
ここでは、流動/混雑と確定した時点の画像とログを保存する。流動/混雑の感度設定は、入力映像と処理結果に依存するため、調整が難航になることが予想されるため、デフォルト設定(設定5:50%)に対して、流動/混雑確定時のログとそのときの画像、及びその画像に流動判定率/混雑判定率を描画し保存するものとする。ここでは1フレーム分の画像保存とするが、複数フレームの画像保存であってもよい。なお、流動/混雑ログは、定周期保存を可能とし、前回保存と新規保存の間に発生した最大流動判定率/混雑判定率とその時の画像をログとして保存するものとする。また、流動、混雑のそれぞれのログの保存可否設定を可能とする。 Here, an image and a log at the time when the flow / congestion is determined are stored. Since the sensitivity setting for flow / congestion depends on the input video and processing results, it is expected that adjustment will be difficult, so the log at the time of confirmation of flow / congestion against the default setting (setting 5: 50%) And the image at that time, and the flow determination rate / congestion determination rate are drawn and stored in the image. Here, image storage for one frame is performed, but image storage for a plurality of frames may be performed. Note that the flow / congestion log can be stored periodically, and the maximum flow determination rate / congestion determination rate and the image at that time generated between the previous storage and the new storage are stored as a log. In addition, it is possible to set whether to save each log of flow and congestion.
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。また上記実施形態に記載した手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することもできる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine a component suitably in different embodiment. Further, the method described in the above embodiment can be stored and distributed in a storage medium such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory as a program that can be executed by a computer.
1…水路、1d…放水口、1h…落差部、2…照明灯、11…カメラ(単眼カメラ)、12…キャプチャ部、13…画像処理部、14…出力手段(表示部)、13A…変動画素抽出処理機能部、13B…混雑検知処理機能部、13C…判定処理機能部、15…流水画像処理部、15a…画像バッファ、15b…流水量導出処理部(混雑率導出部)、15c…流水量バッファ(混雑率バッファ)、16…判定処理部、16a…流水量増減判定部、16b…判定結果バッファ、16c…判定出力処理部、130a…画像バッファメモリ、130b…混雑判定データメモリ、b1…画像変動情報データ領域、b2…混雑判定データ領域、b3…混雑判定データ領域、131…変動画素抽出部、132…変動情報算出部、133…混雑画素抽出部、134…混雑ブロック算出部、135…混雑判定処理部、FTh…閾値(最低閾値上限値)、μBTi…平均閾値(平均輝度分散)、σBTi…標準偏差(輝度分散の標準偏差)、p1,p2,…,pn…切り出し画像、Wb…流水、Pa…平均値設定パラメータ、Pb…比較対象パラメータ。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記単眼カメラで撮影した流水部分の画像から水の揺らぎを捉え量子化する画像処理手段と、
前記画像処理手段で得た値を判定対象データとして前記水路の流水量が正常状態にあるか否かを判定する判定処理手段と
を具備したことを特徴とする流水監視システム。 A monocular camera that captures an image of the flowing water part of the waterway,
Image processing means for capturing and quantizing water fluctuations from an image of a flowing water image taken by the monocular camera;
A running water monitoring system comprising: a judgment processing unit for judging whether or not the amount of water flowing in the water channel is in a normal state using the value obtained by the image processing unit as judgment target data.
前記カメラで撮影した画像を順次入力し、前記入力した一定期間内の複数の画像を対象に、流水部分の画像を処理対象画像として抽出し、抽出した処理対象画像について、設定した最低閾値上限値をもとに、輝度変動に伴い変動する画素単位の自動閾値を算出するとともに、前記一定期間内の複数の処理対象画像の対応する画素に対する輝度分散情報を算出する自動閾値算出処理部と、
前記自動閾値算出処理部で算出した輝度分散情報を一定のサンプリング周期で抽出し、抽出した設定時間単位の複数の輝度分散情報について画素あたりの平均輝度分散と輝度分散の標準偏差を算出する変動情報算出処理部と、
前記最低閾値上限値と前記変動情報算出部で算出した平均輝度分散および輝度分散の標準偏差をもとに、前記処理対象画像の各画素について当該画素が、安定画素、変動画素、過変動画素のいずれであるかを判定し、判定した前記安定画素、変動画素、過変動画素について、処理対象画像における各画素の占有率を算出する画素判定処理部と、
を具備し、
前記判定処理手段は、
前記画素判定処理部で算出した前記過変動画素の占有率を判定対象データとして前記水路の流水量が設定された許容範囲内の正常な流水量状態にあるか否かを判定する流水量判定処理部を具備したことを特徴とする請求項1に記載の流水監視システム。 The image processing means includes
The images taken by the camera are sequentially input, and the flowing water portion image is extracted as a processing target image for the plurality of input images within a certain period, and the set minimum threshold upper limit value is set for the extracted processing target image. Based on the above, an automatic threshold value calculation processing unit that calculates an automatic threshold value for each pixel that fluctuates with luminance fluctuation, and calculates luminance dispersion information for corresponding pixels of the plurality of processing target images within the predetermined period;
Fluctuation information for extracting the luminance distribution information calculated by the automatic threshold value calculation processing unit at a constant sampling period, and calculating the average luminance dispersion per pixel and the standard deviation of the luminance dispersion for the extracted plurality of luminance distribution information in a set time unit. A calculation processing unit;
Based on the minimum threshold upper limit value and the average luminance variance calculated by the fluctuation information calculation unit and the standard deviation of the luminance variance, for each pixel of the processing target image, the pixel is a stable pixel, a fluctuation pixel, or an over-variation pixel. A pixel determination processing unit that determines which is determined, and calculates the occupancy of each pixel in the processing target image for the determined stable pixel, variable pixel, and excessively variable pixel;
Comprising
The determination processing means includes:
Flow rate determination processing for determining whether or not the flow rate of the channel is in a normal flow rate state within an allowable range in which the flow rate of the water channel is set as determination target data using the occupancy rate of the over-variable pixels calculated by the pixel determination processing unit The flowing water monitoring system according to claim 1, further comprising a section.
前記カメラで撮影したフレーム単位の画像から水面の揺らぎを捉え量子化する処理手段と、
前記量子化された値をもとに前記カメラで撮影した画像のフレーム上における水平方向に連なる揺らぎの最上位の位置座標を特定する画像処理手段と、
前記画像処理手段で特定した揺らぎの最上位の位置座標と前記フレーム上における垂直方向の設定位置座標との差分をもとに前記水路の流水量を判定する判定手段と、
を具備したことを特徴とする流水監視システム。 A monocular camera that shoots the water surface of the channel from diagonally above;
Processing means for capturing and quantizing fluctuations of the water surface from the frame-by-frame images taken by the camera;
Image processing means for specifying the highest position coordinates of fluctuations in a horizontal direction on a frame of an image photographed by the camera based on the quantized values;
Determination means for determining the amount of water flowing in the water channel based on the difference between the highest position coordinate of the fluctuation specified by the image processing means and the set position coordinate in the vertical direction on the frame;
A running water monitoring system characterized by comprising:
前記カメラで撮影したフレーム単位の画像から水面の揺らぎを捉え量子化する処理手段と、
前記量子化された値をもとに前記カメラで撮影した画像のフレーム上の垂直方向の設定位置における水平方向に連なる揺らぎの幅の位置座標を特定する画像処理手段と、
前記画像処理手段で特定した揺らぎの幅の位置座標と前記フレーム上の前記設定位置における水平方向の設定幅の位置座標との差分をもとに前記水路の流水量を判定する判定手段と、
を具備したことを特徴とする流水監視システム。 A monocular camera that shoots the water surface of the channel from diagonally above;
Processing means for capturing and quantizing fluctuations of the water surface from the frame-by-frame images taken by the camera;
Image processing means for specifying the position coordinates of the fluctuation width in the horizontal direction at the set position in the vertical direction on the frame of the image captured by the camera based on the quantized value;
Determination means for determining the amount of water flowing in the channel based on the difference between the position coordinate of the fluctuation width specified by the image processing means and the position coordinate of the horizontal setting width at the setting position on the frame;
A running water monitoring system characterized by comprising:
前記カメラで撮影した水路の流水部分の画像から水の揺らぎを捉え量子化する画像処理機能と、
前記画像処理機能で得た値を判定対象データとして前記水路の流水量が正常状態にあるか否かを判定する判定処理機能と
をコンピュータに実現させることを特徴とした流水監視プログラム。 A water flow monitoring program for causing a computer to function as a water flow monitoring system for monitoring the amount of water flow in the water channel based on an image of the water channel photographed with a monocular camera,
An image processing function that captures and quantifies fluctuations of water from an image of a flowing water part of a water channel photographed by the camera;
A flow monitoring program for causing a computer to realize a determination processing function for determining whether or not the amount of flowing water in the water channel is in a normal state using the value obtained by the image processing function as determination target data.
前記カメラで撮影した画像を順次入力し、前記入力した一定期間内の複数の画像を対象に、流水部分の画像を処理対象画像として抽出し、抽出した処理対象画像について、設定した最低閾値上限値をもとに、輝度変動に伴い変動する画素単位の自動閾値を算出するとともに、前記一定期間内の複数の処理対象画像の対応する画素に対する輝度分散情報を算出する自動閾値算出処理機能と、
前記自動閾値算出処理機能が算出した輝度分散情報を一定のサンプリング周期で抽出し、抽出した設定時間単位の複数の輝度分散情報について画素あたりの平均輝度分散と輝度分散の標準偏差を算出する変動情報算出処理機能と、
前記最低閾値上限値と前記変動情報算出処理機能が算出した平均輝度分散および輝度分散の標準偏差をもとに、前記処理対象画像の各画素について当該画素が、安定画素、変動画素、過変動画素のいずれであるかを判定し、判定した前記安定画素、変動画素、過変動画素について、処理対象画像における各画素の占有率を算出する画素判定処理機能とを備え、
前記判定処理機能は、
前記画素判定機能が算出した過変動画素の占有率を判定対象データとして前記水路の流水量が設定された許容範囲内の正常な流水量状態にあるか否かを判定する流水量判定処理機能を備えたことを特徴とする請求項9に記載の流水監視プログラム。 The image processing function is:
The images taken by the camera are sequentially input, and the flowing water portion image is extracted as a processing target image for the plurality of input images within a certain period, and the set minimum threshold upper limit value is set for the extracted processing target image. Based on the above, an automatic threshold value calculation processing function for calculating an automatic threshold value in units of pixels that fluctuates with luminance fluctuations, and calculating luminance dispersion information for corresponding pixels of the plurality of processing target images within the predetermined period;
Fluctuation information that extracts the luminance dispersion information calculated by the automatic threshold value calculation processing function at a constant sampling period, and calculates the average luminance dispersion per pixel and the standard deviation of the luminance dispersion for the plurality of extracted luminance dispersion information in a set time unit. A calculation processing function;
Based on the minimum threshold upper limit value and the average luminance variance calculated by the variation information calculation processing function and the standard deviation of the luminance variance, for each pixel of the processing target image, the pixel is a stable pixel, a variable pixel, an over-variable pixel A pixel determination processing function for determining the occupancy rate of each pixel in the processing target image for the determined stable pixel, variable pixel, and excessively variable pixel.
The determination processing function is:
A flow rate determination processing function for determining whether or not the flow rate of the water channel is in a normal flow rate state within an allowable range in which the flow rate of the water channel is set as determination target data using the occupancy rate of the over-variable pixels calculated by the pixel determination function. The running water monitoring program according to claim 9, further comprising:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2010183224A JP2012043135A (en) | 2010-08-18 | 2010-08-18 | Stream monitoring system and stream monitoring program |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2010183224A JP2012043135A (en) | 2010-08-18 | 2010-08-18 | Stream monitoring system and stream monitoring program |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2012043135A true JP2012043135A (en) | 2012-03-01 |
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Family Applications (1)
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JP (1) | JP2012043135A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016130930A (en) * | 2015-01-14 | 2016-07-21 | 綜合警備保障株式会社 | Underpass monitoring system, underpass monitoring device, and underpass monitoring method |
JP2021056977A (en) * | 2019-10-02 | 2021-04-08 | 日新電機株式会社 | Waterway monitoring device and waterway monitoring method |
-
2010
- 2010-08-18 JP JP2010183224A patent/JP2012043135A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016130930A (en) * | 2015-01-14 | 2016-07-21 | 綜合警備保障株式会社 | Underpass monitoring system, underpass monitoring device, and underpass monitoring method |
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JP7306204B2 (en) | 2019-10-02 | 2023-07-11 | 日新電機株式会社 | Channel monitoring device and channel monitoring method |
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