JP2024032176A - 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスの漏洩等の検知対象を容易に検知することができる情報処理装置、情報処理方法およびプログラムを提供する。【解決手段】情報処理装置は、移動体に搭載された撮像部が撮影したフレームが異なる第1画像および第2画像を取得する取得部と、第1画像と第2画像の位置合わせを行う位置合わせ部と、位置合わせされた第1画像と第2画像との差分を算出する差分算出部とを備える。【選択図】図1
Description
本開示は、情報処理装置、情報処理方法およびプログラムに関する。
特許文献1には、比較的広範な監視対象におけるガス等の漏洩を容易に監視できるようにするためのガス漏洩監視装置が記載されている。すなわち、特許文献1に記載されているガス漏洩監視装置は、飛行体に搭載される可視画像カメラおよび赤外線画像カメラと、赤外線画像におけるフレーム間で差がない画素を透明とした差分画像と可視画像とを合成して表示部に表示させる画像処理部とを備える。特許文献1に記載されているガス漏洩監視装置によれば、周辺気温と同等温度の透明なガスの漏洩であっても、ガスの赤外線吸収スペクトルに応じた画像として可視化できるとともに、フレーム間で画素ごとの輝度の差分が求められることによって、時々刻々変化する噴出の状況や風による流れの状況に応じた漏洩の状況が把握しやくなる。また、特許文献1に記載されているガス漏洩監視装置によれば、飛行体の飛行移動や振動によってフレーム間で視野がずれることでガスではない被写体の輪郭なども差分として強調されやすくなる場合であっても、可視画像が合成されるので、強調された部分が可視画像の輪郭部分に埋もれやすくなったり、輪郭部分であることが認識されることで目立たなくなったりする。これによって、視認性が良くなるので、ガスの漏洩を容易に監視することができる、とされる。
なお、非特許文献1には画像の位置合わせについての技術の一例が記載されている。
李尭希、藤本博志、「FFTに基づくロバストな画像のレジストレーション手法の設計」、電気学会論文誌D(産業応用部門誌)、電気学会、2019年1月、第139巻、第1号、p.22-29
しかしながら、特許文献1に記載のガス漏洩監視装置は、可視画像における構造物等の被写体の輪郭部分の認識のしやすさを利用して視認性の向上を図るものであるため、例えば可視画像の被写体の輪郭部分が認識しやすくない場合には視認性の向上を図ることができないことがあるという課題があった。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、ガスの漏洩等の検知対象を容易に検知することができる情報処理装置、情報処理方法およびプログラ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、本開示に係る情報処理装置は、移動体に搭載された撮像部が撮影したフレームが異なる第1画像および第2画像を取得する取得部と、前記第1画像と前記第2画像の位置合わせを行う位置合わせ部と、位置合わせされた前記第1画像と前記第2画像との差分を算出する差分算出部とを備える。
本開示に係る情報処理方法は、移動体に搭載された撮像部が撮影したフレームが異なる第1画像および第2画像を取得するステップと、前記第1画像と前記第2画像の位置合わせを行うステップと、位置合わせされた前記第1画像と前記第2画像との差分を算出するステップとを含む。
本開示に係るプログラムは、移動体に搭載された撮像部が撮影したフレームが異なる第1画像および第2画像を取得するステップと、前記第1画像と前記第2画像の位置合わせを行うステップと、位置合わせされた前記第1画像と前記第2画像との差分を算出するステップとをコンピュータに実行させる。
本開示の情報処理装置、情報処理方法およびプログラムによれば、ガスの漏洩等の検知対象を容易に検知することができる。
以下、図面を参照して、本開示の実施形態に係る情報処理装置、情報処理方法およびプログラムについて説明する。なお、各図において同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。
<第1実施形態>
図1は、本開示の第1実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。図2は、本開示の第1実施形態に係る情報処理装置の動作例を示すフローチャートである。図3は、本開示の第1実施形態に係る位置合わせ処理の一例を示すフローチャートである。図4は、本開示の第1実施形態に係る情報処理装置の動作例を説明するための図である。
図1は、本開示の第1実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。図2は、本開示の第1実施形態に係る情報処理装置の動作例を示すフローチャートである。図3は、本開示の第1実施形態に係る位置合わせ処理の一例を示すフローチャートである。図4は、本開示の第1実施形態に係る情報処理装置の動作例を説明するための図である。
図1に示すように、本実施形態に係る情報処理装置1は、情報処理システム100において、移動体2に搭載された撮像部21で撮影された画像を処理するものであって、ガスの漏洩等の所定の検知対象を検知するための所定の情報処理を行う装置である。情報処理システム100は、情報処理装置1と移動体2とを備える。図1に示す例では移動体2はドローンである。ただし、移動体2は、ドローン(無人航空機)に限定されず、例えば、有人の固定翼航空機や回転翼航空機、衛星、地面や水面に接して移動する移動体、水中を移動する移動体等であってもよい。また、検知対象は、ガスの漏洩に限定されず、例えば、検知対象の存否や動きが、撮影した複数フレームの画像のフレーム間の差分(例えば画素ごとの輝度値あるいは画素値の差分)に現れるものであればよい。また、撮像部21は、可視光画像を撮影するものであってもよいし、赤外線画像を撮影するもの、あるいは、それらの組み合わせであってもよい。また、検知対象としては、例えば、二酸化炭素、メタン、アンモニア等の無色透明の気体、煙、有色の気体等が挙げられるが、これらに限定されない。
情報処理装置1は、コンピュータを用いて構成され、コンピュータ、その周辺装置等のハードウェアと、そのコンピュータが実行するプログラム等のソフトウェアとの組み合わせ等から構成される機能的構成として、取得部11、位置合わせ部12、差分算出部13、および、記憶部14を備える。なお、情報処理装置1は、撮像部21が撮影した画像データを無線通信にて受信してほぼリアルタイムで処理してもよいし、所定の記憶装置に記憶しておき、後で処理してもよい。また、情報処理装置1は、撮像部21とともに、移動体2に搭載されていてもよい。なお、情報処理装置1は、撮像部21が撮影した複数フレームの画像におけるフレーム間の差分情報に基づいて検知対象を検知するための処理を逐次行うものであるが、以下では主に2つの画像(2つのフレーム)に対する1回の画像処理について説明する。また、本実施形態では、2つの画像の一方をオリジナル画像、他方を背景画像という。背景画像は差分を算出する際に基準となる画像であり、また、後述する位置合わせ処理ではオリジナル画像に対して(オリジナル画像を基準として)位置を合わされる側(変更される側)の画像である。また、例えば、オリジナル画像をnフレーム目の画像とした場合、背景画像は(n-x)フレーム目の画像である。nは撮像部21が撮影した画像のフレーム番号を表す自然数(あるいは0以上の整数)であり、xは1以上の整数である。なお、本開示に係る第1画像と第2画像の先後は相対的であり、オリジナル画像または背景画像の一方が第1画像に対応し、他方が第2画像に対応する。また、xの値(2画像のフレーム間隔)は、例えば、移動体2の移動速度に応じて設定することができる。
情報処理装置1が備える取得部11は、移動体2に搭載された撮像部21が撮影したフレームが異なるオリジナル画像および背景画像を取得する。この取得部11による取得は、撮像部21から無線通信を介して取得することと、撮像部21から無線通信を介して取得して例えば記憶部14に記憶し、記憶部14から取得することを含む。
位置合わせ部12は、オリジナル画像と背景画像の位置合わせを行う。本実施形態では、位置合わせ部12は、オリジナル画像に対して背景画像の位置合わせを行う。位置合わせは、2つの画像間で、同一の被写体の位置、大きさ、および形状が同一となるように、一方の画像を移動、回転、および、変形させることにより、他方の画像に合わせこむ処理であり、画像位置合わせ(画像レジストレーション)等とも呼ばれる。位置合わせの手法に限定はなく、例えば、後述するようにして2つの画像の各画素の輝度値の和(合計)が最小となるように画像を水平および垂直方向に移動させる手法、非特許文献1に記載されている手法等を用いることができる。非特許文献1の手法では、2つの画像間で拡大縮小と回転量を推定した結果を位置合わせに使用している。
差分算出部13は、位置合わせ部12によって位置合わせされた背景画像とオリジナル画像との差分を互いに対応する画素(同じ位置の画素)ごとに算出する。例えば、背景画像とオリジナル画像がカラー画像であれば例えば画素ごと、かつ、成分ごとに画素値の差分を算出してもよいし、例えば輝度値に変換した後、画素ごとに輝度値の差分を算出してもよい。また、グレースケールの画像の場合、画素ごとに輝度値(画素値)の差分を算出する。なお、差分算出部13は、差分の算出結果を、記憶部14に記憶したり、所定の表示部に表示させたりする。なお、本実施形態では、差分算出部13が、算出結果を記憶または表示させることを、出力するという。
記憶部14は、撮像部21が撮影した画像データを記憶したり、差分算出部13による算出結果を記憶したりする。
次に、図2および図3を参照して、情報処理装置1の動作例について説明する。図2に示す処理は、各1つのオリジナル画像と背景画像についての処理の例である。図3に示す処理は、図2のステップS13で実行される位置合わせ処理の例である。
図2に示す処理では、まず、取得部11が、オリジナル画像(nフレーム目)を取得する(ステップS11)。次に、取得部11が、背景画像((n-x)フレーム目)を取得する(ステップS12)。次に、位置合わせ部12が、オリジナル画像に対して背景画像の位置を合わせる処理を実行する(ステップS13)。
ステップS13で実行される位置合わせ処理では、図3に示すように、まず、位置合わせ部12が、変数dxに-XLを格納する(ステップS21)。変数dxの値は、背景画像をX方向(水平方向)に何画素分移動させるかを表す値である。-XLは最初に移動させる画素数を表し、この例では-XL画素から+XL画素まで背景画像をX方向に移動させる。
次に、位置合わせ部12は、背景画像をX方向にdx画素分ずらした画像を作成する(ステップS22)。なお、ステップS22では、移動元の末端の画素はゼロでパディングする。次に、位置合わせ部12は、オリジナル画像とステップS22でずらした画像の画素毎の輝度値の差分の和Sx_dxを求める(ステップS23)。和Sx_dxの「dx」は変数「和Sx」添え字であり、移動量を表す数値が設定される。次に、位置合わせ部12は、変数dxを1だけ増分する(ステップS24)。次に、位置合わせ部12は、変数dxが定数XLより大きいか否かを判定する(ステップS25)。大きくない場合(ステップS25:NO)、位置合わせ部12は、再度、ステップS22以降の処理を実行する。
一方、大きい場合(ステップS25:YES)、位置合わせ部12は、変数dyに-YLを格納する(ステップS26)。変数dyの値は、背景画像をY方向(垂直方向)に何画素分移動させるかを表す値である。-YLは最初に移動させる画素数を表し、この例では-YL画素から+YL画素まで背景画像をY方向に移動させる。
次に、位置合わせ部12は、背景画像をY方向にdy画素分ずらした画像を作成する(ステップS27)。なお、ステップS27では、移動元の末端の画素はゼロでパディングする。次に、位置合わせ部12は、オリジナル画像とステップS27でずらした画像の画素毎の輝度値の差分の和Sy_dyを求める(ステップS28)。和Sy_dyの「dy」は変数「和Sy」添え字であり、移動量を表す数値が設定される。次に、位置合わせ部12は、変数dyを1だけ増分する(ステップS29)。次に、位置合わせ部12は、変数dyが定数YLより大きいか否かを判定する(ステップS30)。大きくない場合(ステップS30:NO)、位置合わせ部12は、再度、ステップS27以降の処理を実行する。
一方、大きい場合(ステップS30:YES)、位置合わせ部12は、最小の和(Sx_dx)の添え字「dx」をX方向の移動量dx、最小の和(Sy_dy)の添え字「dy」をY方向の移動量dyに決定する(ステップS31)。次に、位置合わせ部12は、背景画像を、X方向に移動量dx、Y方向に移動量dyずらして、位置を合わせた背景画像を作成する(ステップS32)。
次に、図2のステップS14において、差分算出部13が、オリジナル画像と、ステップS13(図3のステップS32)で位置合わせ部12が位置を合わせた背景画像の差分を算出する(ステップS14)。次に、差分算出部13が、算出結果を出力する(ステップS15)。
図4は、オリジナル画像と、位置合わせした背景画像とオリジナル画像との差分の算出結果を表す画像(以下、「位置合わせ+フレーム差分」の画像という)と、位置合わせしていない背景画像とオリジナル画像との差分の算出結果を表す画像(以下、「単純なフレーム差分」の画像という)の例を示す。なお、差分の算出結果を表す画像は、差分が小さい場合に輝度値が小さくなり(黒に近づき)、差分が大きい場合に輝度値が大きくなる(白に近づく)。また、オリジナル画像は、「位置合わせ+フレーム差分」の画像において破線の円で囲んだ範囲に実験的に噴出させた二酸化炭素ガスを含んでいる。また、撮影場所は荒れ地である。「位置合わせ+フレーム差分」の画像は、撮影位置を合わせて差分を算出しているので二酸化炭素ガスの動きをとらえている。一方、「単純なフレーム差分」の画像では、撮影位置が変わるため二酸化炭素ガスに対応する差分情報を取り出せていない。なお、位置合わせ処理は、非特許文献1に記載されている手法を用いている。
(本実施形態の作用効果)
本実施形態によれば、バックグラウンド(背景画像)の位置を補正した後に差分処理をしているので、位置補正をしない場合と比較して移動体2の移動や振動による影響を抑えることができ、検知対象を容易に検知することができる。
本実施形態によれば、バックグラウンド(背景画像)の位置を補正した後に差分処理をしているので、位置補正をしない場合と比較して移動体2の移動や振動による影響を抑えることができ、検知対象を容易に検知することができる。
<第2実施形態>
図5は、本開示の第2実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。図6は、本開示の第2実施形態に係る情報処理装置の動作例を示すフローチャートである。
図5は、本開示の第2実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。図6は、本開示の第2実施形態に係る情報処理装置の動作例を示すフローチャートである。
図5に示すように、第2実施形態の情報処理システム100aにおける情報処理装置1aは、図1に示す第1実施形態の情報処理装置1と比較して、新たにピンボケ補正部15を備える点と、位置合わせ部12aが、ピンボケ補正部15が処理したオリジナル画像と背景画像を処理対象とする点と、差分算出部13aが、ピンボケ補正部15が処理したオリジナル画像と背景画像を処理対象とする点とが異なる。
図5に示すピンボケ補正部15は、背景画像とオリジナル画像のピンボケを補正する。また、位置合わせ部12aは、ピンボケが補正された背景画像とピンボケが補正されたオリジナル画像との位置合わせを行う。また、差分算出部13aは、位置合わせされたピンボケ補正済みの背景画像とピンボケ補正済みのオリジナル画像との差分を算出する。
なお、ピンボケ(ぴんぼけ、Out of focus)は被写体に焦点が合っていない状態を意味する。ピンボケ補正部15によるピンボケ補正処理の手法に限定はない。ピンボケ補正処理は、例えば、輪郭を強調する処理としてもよい。また、ピンボケ補正処理は、例えば、ブラインド・デコンボリューション方式等によって画質が劣化した画像の劣化の軌跡(PSF:点像分布関数)を推定し、推定したPSFに基づいて画像を復元する手法としてもよい。
次に、図6を参照して、情報処理装置1aの動作例について説明する。図6に示す処理では、まず、取得部11が、オリジナル画像(nフレーム目)を取得する(ステップS41)。次に、取得部11が、背景画像((n-x)フレーム目)を取得する(ステップS42)。次に、ピンボケ補正部15が、オリジナル画像と背景画像のピンボケ補正処理を実行する(ステップS43)。次に、位置合わせ部12aが、ピンボケ補正したオリジナル画像に対してピンボケ補正した背景画像の位置を合わせる処理を実行する(ステップS44)。
次に、差分算出部13aが、ピンボケ補正したオリジナル画像と、ステップS44で位置合わせ部12aが位置を合わせた背景画像の差分を算出する(ステップS45)。次に、差分算出部13aが、算出結果を出力する(ステップS46)。
(本実施形態の作用効果)
本実施形態によれば、ピンボケの画像に対しても検知対象の検知感度を向上させることができる。
本実施形態によれば、ピンボケの画像に対しても検知対象の検知感度を向上させることができる。
(作用効果)
上記構成の情報処理装置、情報処理方法およびプログラムでは、移動体に搭載された撮像部が撮影したフレームが異なる背景画像とオリジナル画像に対して、位置合わせを行った後、フレーム間の差分を算出する。したがって、実施形態の情報処理装置、情報処理方法およびプログラムによれば、ガスの漏洩等の検知対象を容易に検知することができる。
上記構成の情報処理装置、情報処理方法およびプログラムでは、移動体に搭載された撮像部が撮影したフレームが異なる背景画像とオリジナル画像に対して、位置合わせを行った後、フレーム間の差分を算出する。したがって、実施形態の情報処理装置、情報処理方法およびプログラムによれば、ガスの漏洩等の検知対象を容易に検知することができる。
(その他の実施形態)
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
〈コンピュータ構成〉
図7は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ90は、プロセッサ91、メインメモリ92、ストレージ93、および、インタフェース94を備える。
上述の情報処理装置1および1aは、コンピュータ90に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ93に記憶されている。プロセッサ91は、プログラムをストレージ93から読み出してメインメモリ92に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ91は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ92に確保する。
図7は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ90は、プロセッサ91、メインメモリ92、ストレージ93、および、インタフェース94を備える。
上述の情報処理装置1および1aは、コンピュータ90に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ93に記憶されている。プロセッサ91は、プログラムをストレージ93から読み出してメインメモリ92に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ91は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ92に確保する。
プログラムは、コンピュータ90に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてPLD(Programmable Logic Device)などのカスタムLSI(Large Scale Integrated Circuit)を備えてもよい。PLDの例としては、PAL(Programmable Array Logic)、GAL(Generic Array Logic)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。
ストレージ93の例としては、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ93は、コンピュータ90のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース94または通信回線を介してコンピュータ90に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ90に配信される場合、配信を受けたコンピュータ90が当該プログラムをメインメモリ92に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも1つの実施形態において、ストレージ93は、一時的でない有形の記憶媒体である。
<付記>
各実施形態に記載の情報処理装置1および1aは、例えば以下のように把握される。
各実施形態に記載の情報処理装置1および1aは、例えば以下のように把握される。
(1)第1の態様に係る情報処理装置1および1aは、移動体2に搭載された撮像部21が撮影したフレームが異なる第1画像および第2画像を取得する取得部11と、前記第1画像と前記第2画像の位置合わせを行う位置合わせ部12または12aと、位置合わせされた前記第1画像と前記第2画像との差分を算出する差分算出部13または13aとを備える。本態様および以下の各態様によれば、ガスの漏洩等の検知対象を容易に検知することができる。
(2)第2の態様に係る情報処理装置1aは、(1)の情報処理装置であって、前記第1画像と前記第2画像のピンボケを補正するピンボケ補正部15をさらに備え、前記位置合わせ部12aは、ピンボケが補正された前記第1画像と前記第2画像の位置合わせを行う。本態様によれば、ピンボケしている画像に対する検知感度を向上させることができる。
(3)第3の態様に係る情報処理装置1および1aは、(1)または(2)の情報処理装置であって、前記第1画像と前記第2画像のフレーム間隔は、前記移動体の移動速度に応じて設定されている。この態様によれば、移動体の速度に応じて第1画像と第2画像のフレーム間隔を適切に変化させることができる。
1、1a…情報処理装置
2…移動体
11…取得部
12、12a…位置合わせ部
13、13a…差分算出部
14…記憶部
15…ピンボケ補正部
2…移動体
11…取得部
12、12a…位置合わせ部
13、13a…差分算出部
14…記憶部
15…ピンボケ補正部
Claims (5)
- 移動体に搭載された撮像部が撮影したフレームが異なる第1画像および第2画像を取得する取得部と、
前記第1画像と前記第2画像の位置合わせを行う位置合わせ部と、
位置合わせされた前記第1画像と前記第2画像との差分を算出する差分算出部と
を備える情報処理装置。 - 前記第1画像と前記第2画像のピンボケを補正するピンボケ補正部をさらに備え、
前記位置合わせ部は、ピンボケが補正された前記第1画像と前記第2画像の位置合わせを行う
請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記第1画像と前記第2画像のフレーム間隔は、前記移動体の移動速度に応じて設定されている
請求項1または2に記載の情報処理装置。 - 移動体に搭載された撮像部が撮影したフレームが異なる第1画像および第2画像を取得するステップと、
前記第1画像と前記第2画像の位置合わせを行うステップと、
位置合わせされた前記第1画像と前記第2画像との差分を算出するステップと
を含む情報処理方法。 - 移動体に搭載された撮像部が撮影したフレームが異なる第1画像および第2画像を取得するステップと、
前記第1画像と前記第2画像の位置合わせを行うステップと、
位置合わせされた前記第1画像と前記第2画像との差分を算出するステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
Priority Applications (2)
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Family Applications (1)
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