JP2017126187A - メータ読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な処理でノイズに強く高精度にメータの読み取りを行うことが可能なメータ読取装置を提供する。【解決手段】カメラ１１によって撮影したメータの画像からメータの目盛値を読み取るメータ読取装置１２に、メータの画像を二値化する二値化処理部１２ｃと、二値化されたメータの画像から黒点を探索し、黒点の分布をメータ座標系に変換してなる回転角度ヒストグラムを作成する回転角度ヒストグラム作成部１２ｄと、回転角度ヒストグラムの黒点数が最大となる角度を検出し指針回転角度として出力する回転角度検出部１２ｅと、指針回転角度からメータ目盛値を求めるメータ目盛値計算部１２ｆとを設けた。【選択図】図２

Description

本発明は、電力設備などの盤に取り付けたメータを自動で読み取る装置に関し、特にメータをカメラで撮影した画像を処理することでメータの目盛を読み取るメータ読取装置に関する。

従来、カメラで撮影した画像を処理することでメータの目盛を読み取る方法が提案されている（例えば、下記特許文献１〜４参照）。

特許文献１には、指針の稼動領域の画像を、指針回転中心を基準として極座標変換した画像を作り、予め用意しておいた極座標変換した基準画像を用いて極座標変換した入力画像の位置ずれを補正した後、指針の回転角度をもとに指示値を求める構成が記載されている。

特許文献２には、指針式メータの指針の稼動領域に対して指針回転中心から指定した距離にある円周上に仮想線を設定し、仮想線に対応する一次元データの輝度変化を基に指針の指示値を求める構成が記載されている。

特許文献３には、指針の輝度値を予め設定しておき、入力画像中から指針の輝度値に近い輝度値を持つ領域を塊として抽出し、その塊を楕円に近似して楕円の軸方向から指針の差す値を求める構成が記載されている。

特許文献４には、指針が一定間隔で回転した場合の画像を指針パターンとして作成し、その指針パターンと入力画像とのパターンマッチングを行うことで指針の指示値を読み取る構成が記載されている。

特許第４０２０３７７号公報 特許第４９１０１９４号公報 特開２００２−１８８９３９号公報 特開２００３−２２３６９３号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、画像を極座標変換した画像を作り、極座標変換した基準画像と入力画像との照合を行うため大きなメモリ操作が必要となり、また複雑な計算が必要であるという問題があった。

また、特許文献２の方法では、一次元データのみで指針の状態を調査するため簡単な処理で指針の指示値を求めることができるが、一次元データしか見ていないので、ノイズに弱く誤計測が発生しやすいという問題があった。

また、特許文献３の方法では、輝度値を基に指針部分を探索するため輝度変化への対応が難しく、この方法を適用できる場所は屋内の輝度変化のない場所に限られるという問題があった。

また、特許文献４の方法では、メータ検出に多くのパターンを必要とするため、予めパターンを作っておく場合はパターンを保存しておく大きなメモリが必要となる。また、メータ読取を行う都度にパターンを作成する場合は、パターン作成のための処理時間を要するという問題があった。

このようなことから本発明は、簡単な処理でノイズに強く高精度にメータの読み取りを行うことが可能なメータ読取装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係るメータ読取装置は、
カメラによって撮影したメータの画像から前記メータの目盛値を読み取るメータ読取装置において、
前記メータの画像を二値化した画像データを作成する二値化処理部と、
前記二値化した画像データから黒点を探索し、前記黒点の分布をメータ座標系に変換してなる回転角度ヒストグラムを作成する回転角度ヒストグラム作成部と、
前記回転角度ヒストグラムの黒点数が最大となる角度を指針回転角度として検出する回転角度検出部と、
前記指針回転角度からメータ目盛値を算出するメータ目盛値計算部と
を備えることを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第２の発明に係るメータ読取装置は、
前記回転角度検出部が、前記回転角度ヒストグラムの黒点数を二次曲線で補間して当該二次曲線のピーク位置を指針回転角度として検出する
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第３の発明に係るメータ読取装置は、
前記回転角度検出部が、黒点数が最大となる角度の前後において黒点数が予め設定する値以上となる角度を求め、当該黒点数が前記予め設定する値以上となる角度の範囲が所定の角度範囲以下である場合に前記黒点数が最大となる角度を指針回転角度として出力する
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第４の発明に係るメータ読取装置は、
前記回転角度検出部が、前記黒点数が前記予め設定する値以上となる角度の範囲が前記所定の角度範囲よりも大きい場合に前記黒点が最大となる角度を指針ではないと判断する
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第５の発明に係るメータ読取装置は、
前記カメラによって撮影したメータの画像を、前記メータを正面から撮影した基準画像に基づき補正するカメラ傾き補正処理部を備え、
前記二値化処理部が、補正した前記メータの画像を二値化した画像データを作成する
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第６の発明に係るメータ読取装置は、
メータ読み取りに必要なメータの情報を設定する処理設定部と、
前記カメラによって撮影した画像を入力する画像入力部と、
少なくとも前記指針回転角度及び前記メータ目盛値を伝送する読取結果データ伝送部と
を備える
ことを特徴とする。

本発明に係るメータ読取装置によれば、簡単な処理でノイズに強く高精度にメータの読み取りを行うことができる。

本発明の実施例１に係るメータ読取装置の概略構成図である。 本発明の実施例１に係るメータ読取装置の構造を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るメータ読取処理の全体の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例１におけるメータ情報の設定の流れを示すフローチャートである。 図５（ａ）はメータの正面画像の一例を示す説明図、図５（ｂ）はメータの正面画像の他の例を示す説明図である。 本発明の実施例１における表示範囲画像の二値化処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例１におけるメータ読取処理の指針回転角度の検出の流れを示すフローチャートである。 図８（ａ）はメータ座標系の一例を示す説明図、図８（ｂ）はある黒点をメータ座標系に変換した例を示す説明図、図８（ｃ）は図８（ｂ）に示す座標を位置ベクトルで表現した例を示す説明図である。 図９（ａ）はメータの正面画像から黒点を抽出した例を示す説明図、図９（ｂ）は図９（ａ）に示す黒点に基づいて回転角度ヒストグラムを作成した例を示す説明図である。 図１０（ａ）は回転角度ヒストグラムの一例を示す説明図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ部拡大図である。 本発明の実施例３に係るメータ読取装置の構造を示すブロック図である。 本発明の実施例３におけるメータ読取処理の一部の流れを示すフローチャートである。 図１３（ａ）は影が写り込んだメータの正面画像から黒点を抽出した例を示す説明図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示す黒点に基づいて回転角度ヒストグラムを作成した例を示す説明図である。 本発明の実施例４に係るメータ読取装置の概略構成図である。 本発明の実施例４に係るメータ読取装置の構造を示すブロック図である。 本発明の実施例４に係るメータ読取処理の全体の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例４におけるメータ情報の設定の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例４におけるカメラの姿勢・位置に対する補正処理の流れを示すフローチャートである。 図１９（ａ）は本発明の実施例４において取得した入力画像の例を示す説明図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）に示す入力画像を射影変換した射影変換後画像の例を示す説明図である。 本発明の実施例４における表示範囲画像の二値化処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るメータ読取装置について説明する。

図１から図９を用いて本発明の実施例１に係るメータ読取装置の詳細を説明する。
図１に示すように、本実施例においてメータ読取装置１２は、カメラ１１で撮影した画像を解析することで、電力設備１などの盤に取り付けられたメータ２の目盛を自動で読み取るものである。

カメラ１１は、例えば電力設備１の盤に取り付けられたメータ２に正対して設置され、メータ２を正面から撮影する。

そして、メータ読取装置１２は、カメラ１１により撮影した画像を解析してメータ２の目盛を読み取るものであり、図２に示すように、処理設定部１２ａ、画像入力部１２ｂ、二値化処理部１２ｃ、回転角度ヒストグラム作成部１２ｄ、回転角度検出部１２ｅ、メータ目盛値計算部１２ｆ、読取結果データ伝送部１２ｇ、および記憶部１２ｈを備えている。

処理設定部１２ａは、メータの読み取りに必要な情報であるメータ情報を設定する。メータ情報は記憶部１２ｈに保管される。
画像入力部１２ｂは、カメラ１１で撮影した画像のデータ（画像データ）を入力する。画像データは記憶部１２ｈに保管される。
二値化処理部１２ｃは、記憶部１２ｈからメータ情報と画像データを読み出し、メータの表示範囲の画像を二値化した画像データを作成する。画像データ（二値化）は記憶部１２ｈに保管される。

回転角度ヒストグラム作成部１２ｄは、記憶部１２ｈからメータ情報と二値化した画像データを読み出し、メータ２の表示範囲において黒点を探索し、黒点の位置を後で詳述するメータ座標系に変換し、黒点の位置ベクトルの角度を求めて回転角度ヒストグラムを作成する。回転角度ヒストグラムは記憶部１２ｈに保管される。
回転角度検出部１２ｅは、記憶部１２ｈから回転角度ヒストグラムを読み出し、回転角度ヒストグラムを調査してピーク位置を求め、そのピーク位置を指針回転角度とする。指針回転角度は記憶部１２ｈに保管される。

メータ目盛値計算部１２ｆは、記憶部１２ｈからメータ情報と指針回転角度を読み出し、指針回転角度を関係式に代入してメータ目盛値を計算する。メータ目盛値は記憶部１２ｈに保管される。
読取結果データ伝送部１２ｇは、記憶部１２ｈから指針回転角度とメータ目盛値を読み出し、読取結果データとして図示しない他の機器へ伝送する。
記憶部１２ｈは、メータ情報、画像データ、画像データ（二値化）、回転角度ヒストグラム、指針回転角度、およびメータ目盛値等を保管する。

以下、図３を用いて本実施例に係るメータ読取装置によるメータ読み取り処理の流れを説明する。

本実施例におけるメータ読み取り処理の大まかな流れを図３に示す。すなわち、まず、処理設定部１２ａによりメータ情報の設定を行い（ステップＳ１）、画像入力部１２ｂによりメータ２を正面から撮影した画像をカメラ１１から取得し（ステップＳ２）、二値化処理部１２ｃにより表示範囲画像の二値化を行う（ステップＳ３）。
続いて、回転角度ヒストグラム作成部１２ｄおよび回転角度検出部１２ｅにより、指針回転角度を検出し（ステップＳ４）、メータ目盛値計算部１２ｆによりメータ目盛値の計算を行い（ステップＳ５）、読取結果データ伝送部１２ｇにより読取結果データの伝送を行う（ステップＳ６）。そして、終了指示がなければ（ＮＯ）ステップＳ２に戻り、終了指示があれば（ＹＥＳ）メータ読取処理を終了する（ステップＳ７）。

続いて、図４から図９を用いて、上述したステップＳ１からステップＳ６の内容について詳細に説明する。

〈メータ情報の設定（ステップＳ１）〉
図４に示すように、メータ情報の設定処理では、まず、メータ２の指針の回転中心を設定する（ステップＳ１ａ）。例えば、画像データとして図５（ａ）に示すようなメータ２Ａの正面画像Ｉ_Aが得られた場合、図５（ａ）中×で示す点の位置をメータ２Ａの指針２Ａａの回転中心Ｏ_Aとして設定する。また、画像データとして図５（ｂ）に示すようなメータ２Ｂの正面画像Ｉ_Bが得られた場合、図５（ｂ）中に×で示す点の位置をメータ２Ｂの指針２Ｂａの回転中心Ｏ_Bとして設定する。

続いて、指針の半径を設定する（ステップＳ１ｂ）。例えば、画像データとして図５（ａ）に示すようなメータの正面画像Ｉ_Aが得られた場合、正面画像Ｉ_A上の指針２Ａａの回転中心Ｏ_Aから先端までの長さを指針の半径ｒ_Aとして設定する。また、画像データとして図５（ｂ）に示すようなメータの正面画像Ｉ_Bが得られた場合、正面画像Ｉ_B上の指針２Ｂａの回転中心Ｏ_Bから先端までの長さを指針の半径ｒ_Bとして設定する。

続いて、メータ２の表示範囲を設定する（ステップＳ１ｃ）。例えば、画像データとして図５（ａ）に示すようなメータ２Ａの正面画像Ｉ_Aが得られた場合、正面画像Ｉ_A上における指針の稼動範囲を含む矩形範囲をメータ２Ａの表示範囲２Ａｂとして設定する。また、画像データとして図５（ｂ）に示すようなメータ２Ｂの正面画像Ｉ_Bが得られた場合、正面画像Ｉ_B上における指針の稼動範囲を含む矩形範囲をメータ２Ｂの表示範囲２Ｂｂとして設定する。なお、図５（ａ）に示す例では、矩形形状のメータ２Ａの表示部の内側をメータ２の表示範囲２Ａｂとしており、図５（ｂ）に示す例では、円形形状のメータ２Ｂの表示部よりも外側の部分を含む矩形範囲を表示範囲２Ｂｂとしている。

以下、メータの正面画像をＩ、指針を２ａ、回転中心をＯ、メータの表示範囲を２ｂ、指針２ａの半径をｒとして説明する。

ステップＳ１ｄに続いては、目盛と指針の回転角度の関係式のパラメータを設定する（ステップＳ１ｄ）。ここで、目盛と指針の回転角度の関係式は次の線形方程式（１）で表すことができる。
ｍ＝ａ×θ＋ｂ …（１）
ただし、ｍはメータ目盛値、θは回転角度、ａは目盛−角度変換比率、ｂは目盛オフセット値である。関係式のパラメータは「目盛−角度変換比率ａ」と「目盛オフセット値ｂ」であり、メータ情報の設定ではこれらのパラメータを設定する。

これらのメータ情報の設定は次のいずれかの方法を用いる。
・ メータ情報を設定ファイル１３（図２参照）へ書き込んでおき、メータ読取装置１２が設定ファイル１３を読み込むことでメータ情報の設定を行う。又は、
・ 伝送手段を通じてメータ読取装置に他の装置からメータ情報を送信する。又は、
・ メータ読取装置にメータ情報設定用のＧＵＩを設けておき、マウスやキーボードなどの入力機器を操作することによってＧＵＩへメータ情報を入力することでメータ情報を設定する。

〈メータ正面画像データの入力（ステップＳ２）〉
メータ正面画像データの入力処理では、上述したように、画像入力部１２ｂによりメータ２を正面から撮影した画像をカメラ１１から取得する。

〈表示範囲画像の二値化（ステップＳ３）〉
図６に示すように、表示範囲画像の二値化処理では、まず、メータの正面画像Ｉに対してメータ表示範囲２ｂにおける二値化しきい値を計算する（ステップＳ３ａ）。続いて、メータ表示範囲２ｂにおいて輝度値が二値化しきい値より低い点を黒（例えば、輝度値０）、それ以外の点を白（例えば、輝度値２５５）とする二値化処理を行う（ステップＳ３ｂ）。
最後に、メータ表示範囲２ｂの二値化画像に対して白収縮処理を行う（ステップＳ３ｃ）。

本発明において、上述した表示範囲画像の二値化では、二値化しきい値を判別分析法により動的に自動計算する。また、白収縮処理は黒の点と隣接する全ての点を黒とすることで行う。ただし、指針２ａの輝度値に対して背景の輝度値が暗い場合は、二値化したメータ表示範囲２ｂの白と黒の値を反転して、白だった点を黒にし、また黒だった点を白にしてから白収縮処理を行う。

〈指針回転角度の検出（ステップＳ４）〉
図７に示すように、指針回転角度の検出処理では、まず、回転角度のヒストグラムのクリア（初期化）を行い（ステップＳ４ａ）、メータ表示範囲２ｂにおいて黒点を探索し（ステップＳ４ｂ）、黒点の有無を判断して（ステップＳ４ｃ）、黒点がある場合（Ｙｅｓ）は黒点の位置をメータ座標系に変換する（ステップＳ４ｄ）。黒点がない場合（Ｎｏ）は後述するステップＳ４ｊに移行する。

ステップＳ４ｄに続いては、指針２ａの回転中心Ｏから黒点までの距離を求め（ステップＳ４ｅ）、求めた距離が指針２ａの半径ｒより小さいかどうかを判定して（ステップＳ４ｆ）、求めた距離が指針２ａの半径ｒ以上であれば（Ｎｏ）、ステップＳ４ｂに戻る。求めた距離が指針２ａの半径ｒより小さければ（Ｙｅｓ）、続いて黒点の位置ベクトルの角度を求める（ステップＳ４ｇ）。

続いて、黒点の位置ベクトルの角度を回転角度ヒストグラムへ投票し（ステップＳ４ｈ）、メータ表示範囲２ｂのすべての黒点を調べたか否かを判定して（ステップＳ４ｉ）、メータ表示範囲２ｂのすべての黒点を調べていなければ（Ｎｏ）、ステップＳ４ｂに戻る。メータ表示範囲２ｂのすべての黒点を調べていれば（Ｙｅｓ）、回転角度ヒストグラムのピーク位置を求める（ステップＳ４ｊ）。
最後に、回転角度ヒストグラムのピーク位置の角度を指針回転角度とする（ステップＳ４ｋ）。

本発明のメータ座標系を図８（ａ）に示す。指針の回転中心Ｏをメータ座標系の原点とし、画像の横軸方向（ｕ軸）と同じ方向にｙ軸を、画像の縦軸方向（ｖ軸）と逆の方向にｘ軸をとる。また、原点を中心とした時計軸周りに回転角度を設定し、ｘ軸の負側を０度として、３６０度の角度で示す。ある黒点をメータ座標系に変換した例を図８（ｂ）に示す。画像上の位置（ｕ，ｖ）をメータ座標系上の位置（ｘ，ｙ）に変換し、回転角度θを０〜３６０度の値で示している。また、メータ座標系上の位置（ｘ，ｙ）は図８（ｃ）に示すようにメータ座標系において原点から位置（ｘ，ｙ）への位置ベクトルｖとしても表現できる。

図９に、本発明の方法によりメータ表示範囲のすべての黒点に対して回転角度ヒストグラムを作成した模式図を示す。図９（ａ）に示すように、指針２ａに起因する黒点３ｃはメータ座標系の原点に対して放射状に分布するため、図９（ｂ）に示す回転角度ヒストグラム上において指針２ａの回転角度Θで黒点数のピークが発生する。指針２ａの影や表示板の文字など他の要因による黒点はメータ座標系の原点に対して放射状に分布しないため、回転角度ヒストグラム上では広範囲の回転角度に分散することになり黒点数は少なくなる。
本発明では回転角度ヒストグラムの黒点数が最大の位置をピーク位置として求め、このピーク位置の角度を指針回転角度とする。

〈メータ目盛値の計算（ステップＳ５）〉
メータ目盛値ｍと指針回転角度θの関係式は先に述べた線形方程式（１）で表される。そこで、メータ目盛値の計算処理では、処理設定部１２ａにより設定した「目盛−角度変換比率ａ」及び「目盛オフセット値ｂ」と、指針回転角度θとを関係式（１）に代入し、メータ目盛値ｍを算出する。

〈読取結果データの伝送（ステップＳ６）〉
読取結果データの伝送処理では、指針回転角度θおよびメータ目盛値ｍを読取結果データとしてまとめて伝送する。

このように構成される本実施例に係るメータ読取装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）カメラで撮影した画像を解析することで、電力設備１などの盤に取り付けたメータを自動で読み取ることができる。
（２）画像全体を極座標変換するような大きなメモリ操作や複雑な計算をすることなく、電力設備１などの盤に取り付けたメータを自動で読み取ることができる。
（３）指針の回転中心に対するひとつの円周上の輝度変化のみから指針回転角度を求める方法に対して、指針に起因する黒点全体を使った回転角度ヒストグラムから指針回転角度を求めるため、ノイズに強く誤計測が発生しにくい。
（４）輝度変化が発生してもメータを自動で読み取ることができる。
（５）画像パターンとの照合を行うことなく指針の回転角度を求めることができるため、指針の回転角度ごとの画像パターンを用意しておく必要がない。

図１０を用いて本発明の実施例２に係るメータ読取装置の詳細を説明する。本実施例に係るメータ読取装置は、上述した実施例１に係るメータ読取装置に比較して、指針回転角度θの詳細値を補間により求める点が異なる。

すなわち、本実施例に係るメータ読取装置では、上述した実施例１の回転角度ヒストグラムのピーク位置を求める工程（図７のステップＳ４ｊ）において、回転角度ヒストグラムのピーク位置を単に黒点数が最大の位置として求めるのではなく、ピーク位置の黒点数とピーク位置前後の黒点数の三点を使ってピーク位置付近のヒストグラム形状を二次曲線で補間し、この二次曲線のピーク位置を回転角度ヒストグラムのピーク位置（角度）として求め、このピーク位置に対応する回転角度を指針回転角度とする点が、実施例１と異なる。その他の構成は上述した実施例１と同様であり、以下、重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

図１０に、指針回転角度の詳細値を補間により求める処理の模式図を示す。回転角度ヒストグラムの作成は離散的な角度幅に対して黒点数を投票することで行うため、図１０（ａ）に示す回転角度ヒストグラムのピーク位置の近傍を拡大すると、図１０（ｂ）に示すようになる。
そこで、本実施例では、回転角度検出部１２ｅにより回転角度ヒストグラムを調査してピーク位置を求める際に、二次曲線補間によるピーク位置検出を行う。すなわち、黒点数の最大値と、この黒点数が最大となる角度の両隣の角度の黒点数との合計三つの黒点数を利用して近似曲線（二次曲線）を求め、この近似曲線のピーク位置を指針回転角度として検出する。
このような処理を行うことにより、実施例１では図１０（ｂ）に示す位置（角度）Θをピーク位置として検出するのに対し、本実施例では図１０（ｂ）に示す位置（角度）Θ’がピーク位置として検出される。

このように、回転角度ヒストグラムの作成は離散的な角度幅に対して黒点数を投票するのに対し、本実施例では、二次曲線補間を行って、離散的な角度ではなく連続的な角度からピーク位置を求めるため、ピーク位置が離散的な値を取る実施例１に係るメータ読取装置による作用効果に比較して、より正確な指針回転角度を求めることができる。

図１１から図１３を用いて本発明の実施例３に係るメータ読取装置の詳細を説明する。本実施例に係るメータ読取装置は、上述した実施例１に係るメータ読取装置に比較して、ピーク位置近傍のグラフ形状を確認する点が異なる。本実施例では、追加の処理パラメータとして、実施例１のメータ情報にピーク角度幅を追加し、これを予め設定しておく。

図１１に本実施例に係るメータ読取装置１２の構成を示す。本実施例におけるメータ読取装置１２は、図２に示し上述した実施例１に係るメータ読取装置１２と比較して、処理設定部１２ａ、回転角度検出部１２ｅ、メータ目盛値計算部１２ｆ、読取結果データ伝送部１２ｇ、記憶部１２ｈの機能が一部異なる。

すなわち、処理設定部１２ａは、メータ読み取りに必要なメータ情報を設定する際、メータ情報として実施例１で設定する情報に加えて、ピーク角度幅の設定を行う。ピーク角度幅を含むメータ情報は、記憶部１２ｈに保管される。
また、回転角度検出部１２ｅは、記憶部１２ｈからメータ情報と回転角度ヒストグラムとを読み出し、回転角度ヒストグラムを調査してピーク位置を求め、ピーク有無データを作成し、ピークがある場合はそのピーク位置を指針回転角度とする。ピーク有無データ及び指針回転角度は記憶部１２ｈに保管される。

メータ目盛値計算部１２ｆは、記憶部１２ｈからメータ情報とピーク有無データと指針回転角度とを読み出し、ピークがある場合は指針回転角度を関係式に代入してメータ目盛値を計算する。メータ目盛値は記憶部１２ｈに保管される。
読取結果データ伝送部１２ｇは、ピーク有無データと指針回転角度およびメータ目盛値を読取結果データとしてまとめて伝送する。
記憶部１２ｈは、ピーク角度幅を含むメータ情報、画像データ、画像データ（二値化）、回転角度ヒストグラム、ピーク有無データ、指針回転角度、およびメータ目盛値等を保管する。

なお、画像入力部１２ｂおよび回転角度ヒストグラム作成部１２ｄの機能については上述した実施例１と同様であり、重複する説明は省略する。

以下、図１２を用いて本実施例における回転角度ヒストグラムのピーク位置を求める工程の詳細を説明する。図１２に示すように、回転角度検出部１２ｅでは、次の手順でグラフ形状を確認しながらピーク位置を探索する。
まず、回転角度ヒストグラムを調査し黒点数が最大となる位置（角度）を求める（ステップＳ４ｊ−１）。続いて、黒点数が最大となる位置（角度）を挟んで黒点数が最大値の半分の値になる位置（角度）を求める（ステップＳ４ｊ−２）。そして、求めた黒点数が最大値の半分の値となる位置（角度）の間をピーク候補範囲（図１３（ｂ）のＷ₁，Ｗ₂参照）とし、その間隔をピーク候補間隔とする（ステップＳ４ｊ−３）。
その後、ピーク候補間隔が予め設定したピーク角度幅以下か否かを判定する（ステップＳ４ｊ−４）。

ピーク候補間隔がピーク角度幅より大きければ（Ｎｏ）、ピーク候補範囲以外の位置で黒点数が最大となる位置を求め（ステップＳ４ｊ−５）、上述したステップＳ４ｊ−２に戻る。
一方、ピーク候補間隔がピーク角度幅以下であれば（Ｙｅｓ）、黒点数の最大値が指針２ａの半径の半分より大きいか否かを判定する（ステップＳ４ｊ−６）。そして、黒点数の最大値が指針２ａの半径の半分より大きければ（Ｙｅｓ）、先に求めた黒点数が最大となる位置をピーク位置として求め（ステップＳ４ｊ−７）、ピーク位置の探索を終了する。黒点数の最大値が指針２ａの半径以下であれば（Ｎｏ）、ピークがないと設定して（ステップＳ４ｊ−８）、ピーク位置の探索を終了する。

すなわち、本実施例に係るメータ読取装置は、上述した実施例１の回転角度ヒストグラムのピーク位置を求める工程（図６のステップＳ４ｊ）において、ピーク位置近傍のグラフ形状を確認し、指針として適切でないグラフ形状であれば該当のピーク位置を破棄して別のピーク位置を探索する点で、実施例１と異なる。

通常、指針２ａは細い針形状をしているため、図１３（ａ）に示す指針２ａに対応する黒点が存在する範囲（以下、黒点領域という）３ｃは、回転角度ヒストグラム上において図１３（ｂ）に示す４ｃのように急峻なピークを形成するため、ピーク候補間隔Ｗ₁は狭くなる。これに対し、例えば図１３（ａ）に示すようにメータ表示範囲２ｂに何らかの大きな影が映っているような場合、影に対応する黒点の範囲３ｅは、回転角度ヒストグラム上で図１３（ｂ）に示す４ｅのように黒点数が多くても急峻なピークを持たず、ピーク候補間隔Ｗ₂は広くなる。

また、指針２ａの半径は画像上で設定しているため、指針２ａの半径と回転角度ヒストグラムにおける指針２ａに起因する黒点数の最大数はほぼ一致する。回転角度ヒストグラム上において黒点数が指針２ａの半径の半分に満たなければ、メータカバーの反射や何らかの遮蔽物によりメータ自身が画像上で見えない可能性がある。もしくは影に指針２ａ全体が覆われておりピーク位置が見つからないという可能性も考えられる。このように、回転角度ヒストグラム上において黒点数が指針２ａの半径の半分に満たない場合、本実施例ではピークが無いと判断する。

本実施例に係るメータ読取装置によれば、実施例１に係るメータ読取装置による作用効果に加えて、影による影響を排除して回転角度ヒストグラムから指針２ａによるピーク位置を正しく求めることができる。また遮蔽物や影が指針２ａを覆って指針２ａの検出が困難である場合はピークがないと判断することで、画像の状態における計測の可否を検出することができる。

なお、本実施例においても上述した実施例２と同様に指針回転角度の詳細値を補間により求めてもよい。また、本実施例では黒点数が最大となる位置（角度）を挟み、黒点数が最大値の半分の値になる位置（角度）間をピーク候補範囲とする例を示したが、ピーク候補範囲を設定するための値は黒点数が最大値の半分の値となる位置でなくともよく、必要に応じて適宜設定することが可能である。

図１４から図２０を用いて本発明の実施例４に係るメータ読取装置について説明する。
図１４に示すように、本実施例に係るメータ読取装置は、実施例１に係るメータ読取装置に対し、メータ２の正面に対して上方に設置したカメラ１１によって撮影した画像からメータ２の目盛値を読み取る点で実施例１と異なる。

図１５に示すように、本実施例においてメータ読取装置１２は、処理設定部１２ａ、画像入力部１２ｂ、二値化処理部１２ｃ、回転角度ヒストグラム作成部１２ｄ、回転角度検出部１２ｅ、メータ目盛値計算部１２ｆ、読取結果データ伝送部１２ｇ、記憶部１２ｈに加えて、カメラ傾き補正処理部１２ｉを備えている。

本実施例では、メータの指針２ａの回転中心Ｏと指針２ａの半径およびメータ表示範囲２ｂは予め別の手段により求めるものとし、これらのメータ読み取りに必要な情報は予めメータ情報として処理設定部１２ａにより設定しておく。メータ２の目盛と指針２ａの回転角度の関係式についても予め設定する。また、カメラ１１をメータ２の正面以外に設置し、画像撮影を行う場合には、メータ２の正面画像に基づき画像データの補正を行う。そのためメータ２を正面から撮影した画像の画像特徴量についても予め設定しておく。

カメラ傾き補正処理部１２ｉは、記憶部１２ｈから画像データを読み出し、傾きを補正した画像データ（傾き補正）を作成する。画像データ（傾き補正）は記憶部１２ｈに保管される。
二値化処理部１２ｃは、記憶部１２ｈからメータ情報と画像データ（傾き補正）とを読み出し、メータの表示範囲の傾きを補正した画像を二値化した画像データ（二値化）を作成する。画像データ（二値化）は記憶部１２ｈに保管される。
記憶部１２ｈは、メータ情報、画像データ、画像データ（傾き補正）、画像データ（二値化）、回転角度ヒストグラム、指針回転角度、およびメータ目盛値等を保管する。

なお、画像入力部１２ｂ、回転角度ヒストグラム作成部１２ｄ、回転角度検出部１２ｅ、メータ目盛値計算部１２ｆ、読取結果データ伝送部１２ｇについては、上述した実施例１で説明した構成と同様であり、重複する説明は省略する。

以下、図１６を用いて本実施例に係るメータ読取装置によるメータ読取の流れを説明する。

本実施例におけるメータ読取の大まかな流れを図１５に示す。すなわち、まず、処理設定部１２ａによりメータ情報の設定を行い（ステップＳ１１）、画像入力部１２ｂによりメータ２を撮影したメータの画像をカメラ１１から取得し（ステップＳ１２）、カメラ傾き補正処理部１２ｉによりカメラの姿勢・位置に応じてメータの画像を補正し（ステップＳ１３）、二値化処理部１２ｃにより表示範囲画像の二値化を行う（ステップＳ１４）。

続いて、回転角度ヒストグラム作成部１２ｄおよび回転角度検出部１２ｅにより、指針回転角度を検出し（ステップＳ１５）、メータ目盛値計算部１２ｆによりメータ目盛値の計算を行い（ステップＳ１６）、読取結果データ伝送部１２ｇにより読取結果データの伝送を行う（ステップＳ１７）。そして、終了指示がなければ（ＮＯ）ステップＳ２に戻り、終了指示があれば（ＹＥＳ）メータ読取処理を終了する（ステップＳ１８）。

続いて、図１５に示したステップＳ１１からステップＳ１７の内容について説明する。

〈メータ情報の設定（ステップＳ１１）〉
図１７に示すステップＳ１１ａからステップＳ１１ｄまでの処理は図４に示し実施例１において説明したステップＳ１ａからステップＳ１ｄまでの処理と同様であり、重複する説明は省略する。
本実施例では、ステップＳ１１ｄでメータ目盛値ｍと指針回転角度θの関係式のパラメータを設定した後、メータ正面画像の画像特徴量を設定する（ステップＳ１１ｅ）。画像特徴量は、メータの正面画像内において例えば特許第５７１２８０１号公報に開示されている手法を用いて抽出し、メータ正面画像特徴量として設定する。

〈カメラの姿勢・位置に対する補正（ステップＳ１３）〉
図１８に示すように、カメラの姿勢・位置に対する補正処理では、まず、カメラ１１から入力した画像（以下、入力画像）から画像特徴量を抽出する（ステップＳ１３ａ）。続いて、上述したステップＳ１１ｅで設定したメータ正面画像の画像特徴量と入力画像の画像特徴量とを照合する（ステップＳ１３ｂ）。すなわち、予め設定したメータ正面画像の特徴量と入力した画像の画像特徴を用いて、メータの文字盤部分と指針部分の二箇所でそれぞれの部分で画像特徴量の照合を行う。なお、カメラの姿勢・位置に対する補正では画像特徴量抽出、画像照合方法として例えば特許第５７１２８０１号公報に開示されている手法を用いる。
そして、照合結果から入力画像撮影時のカメラの傾きおよび設置位置情報を算出する（ステップＳ１３ｃ）。すなわち、画像特徴量同士を照合させた結果から予め設定したメータ正面画像に対しての入力画像の傾き角度および画像撮影位置を算出する。
その後、算出した傾き、設置位置を用いて図１９に示すように入力画像の補正を行う（ステップＳ１３ｄ）。図１９にカメラ１１をメータ２の上方向から撮影した画像を射影変換した例を示す。すなわち、図１９（ａ）に示すようなカメラ１１をメータ２の上方向から撮影した画像に対して、傾き角度、設置位置情報を用いて射影変換を行うことでカメラの傾きについて補正し、図１９（ｂ）に示すような画像データ（傾き補正）を取得する。射影変換を行うことで、カメラ１１の設置位置や傾きに対しての補正を行うことができる。

〈表示範囲画像の二値化（ステップＳ１４）〉
図２０に示すように、表示範囲の二値化処理では、まず、メータの補正された画像に対してメータ表示範囲における二値化しきい値を計算する（ステップＳ１４ａ）。続いて、メータの表示範囲における輝度値が二値化しきい値より低い点を黒（輝度値０）、それ以外の点を白（輝度値２５５）とする（ステップＳ１４ｂ）。そして、メータの表示範囲の二値画像に対して白収縮処理をかける（ステップＳ１４ｃ）。
本実施例では、表示範囲画像の二値化において二値化しきい値を判別分析法により動的に自動計算する。また白収縮処理は黒の点と隣接する全ての点を黒とすることで行う。ただし、指針の輝度値に対して背景の輝度値が暗い場合は、二値化したメータの表示範囲の白と黒の値を反転して、白だった点を黒、黒だった点を白にしてから白収縮処理を行う。

なお、ステップＳ１２、ステップＳ１５、およびステップＳ１６の処理については、実施例１において説明したステップＳ２、ステップＳ４、及びステップＳ５の処理と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

本実施例に係るメータ読取装置によれば、実施例１に係るメータ読取装置による作用効果に加えて、カメラ１１の設置位置がメータ２の正面に対して上下方向および左右方向の移動を含む場合にもメータの自動読み取りを行うことができる。

なお、本実施例ではカメラ１１をメータ２の正面に対して上方に設置する例を示したが、カメラ１１を設置する位置は図１３に示すようなメータ２を見下げる位置に限定されるものではなく、メータ２の正面に対して左右方向、または上下方向に設置するなど、カメラ１１をメータ２の正面以外であれば本実施例を適用することができる。

なお、本実施例においても、上述した実施例２と同様に指針回転角度の詳細値を補間により求める構成とする、又は、上述した実施例３と同様にピーク位置近傍のグラフ形状を確認する構成としてもよい。

本発明は、カメラで撮影した画像を解析することでメータの目盛を読み取るメータ読取装置に適用することができる。

２，２Ａ，２Ｂ メータ
２Ａａ，２Ｂａ 指針
２Ａｂ，２Ｂｂ メータ表示範囲
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ 黒点領域
１１ カメラ
１２ メータ読取装置
１２ａ 処理設定部
１２ｂ 画像入力部
１２ｃ 二値化処理部
１２ｄ 回転角度ヒストグラム作成部
１２ｅ 回転角度検出部
１２ｆ メータ目盛値計算部
１２ｇ 読取結果データ伝送部
１２ｈ 記憶部
１２ｉ カメラ傾き補正処理部
１３ 設定ファイル
Ｉ_A，Ｉ_B メータの正面画像

Claims (6)

1. カメラによって撮影したメータの画像から前記メータの目盛値を読み取るメータ読取装置において、
   前記メータの画像を二値化した画像データを作成する二値化処理部と、
   前記二値化した画像データから黒点を探索し、前記黒点の分布をメータ座標系に変換してなる回転角度ヒストグラムを作成する回転角度ヒストグラム作成部と、
   前記回転角度ヒストグラムの黒点数が最大となる角度を指針回転角度として検出する回転角度検出部と、
   前記指針回転角度からメータ目盛値を算出するメータ目盛値計算部と
   を備えることを特徴とするメータ読取装置。
2. 前記回転角度検出部が、前記回転角度ヒストグラムの黒点数を二次曲線で補間して当該二次曲線のピーク位置を指針回転角度として検出する
   ことを特徴とする請求項１記載のメータ読取装置。
3. 前記回転角度検出部が、黒点数が最大となる角度の前後において黒点数が予め設定する値以上となる角度を求め、当該黒点数が前記予め設定する値以上となる角度の範囲が所定の角度範囲以下である場合に前記黒点数が最大となる角度を指針回転角度として出力する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のメータ読取装置。
4. 前記回転角度検出部が、前記黒点数が前記予め設定する値以上となる角度の範囲が前記所定の角度範囲よりも大きい場合に前記黒点が最大となる角度を指針ではないと判断する
   ことを特徴とする請求項３記載のメータ読取装置。
5. 前記カメラによって撮影したメータの画像を、前記メータを正面から撮影した基準画像に基づき補正するカメラ傾き補正処理部を備え、
   前記二値化処理部が、補正した前記メータの画像を二値化した画像データを作成する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のメータ読取装置。
6. メータ読み取りに必要なメータの情報を設定する処理設定部と、
   前記カメラによって撮影した画像を入力する画像入力部と、
   少なくとも前記指針回転角度及び前記メータ目盛値を伝送する読取結果データ伝送部と
   を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のメータ読取装置。

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