JP2024040830A - Turbidity estimation apparatus, turbidity estimation system, drug injection control system, turbidity estimation method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、濁度推定装置、濁度推定システム、薬剤注入制御システム、濁度推定方法、およびプログラムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a turbidity estimation device, a turbidity estimation system, a drug injection control system, a turbidity estimation method, and a program.
一般に、市中の浄水場などでは、検査員などが定期的に水源にあたる上流のダムや河川などの現場に赴き、採水・水質検査(濁度計測など)を実施している。 Generally, at water treatment plants in cities, inspectors and others regularly go to the upstream dams, rivers, and other water sources to sample water and conduct water quality tests (turbidity measurements, etc.).
上述した採水・水質検査(濁度計測など)は、現場にて常時行われているわけではないため、例えば水源で一定以上の濁りが発生した場合に、浄水場などでその状況を早期に把握することは難しく、浄水に必要な薬剤の準備・浄水オペレーションの対応が遅れる。 The above-mentioned water sampling and water quality testing (turbidity measurement, etc.) are not always carried out on site, so if, for example, a certain level of turbidity occurs at a water source, the situation can be quickly detected at a water treatment plant, etc. It is difficult to grasp the situation, which delays the preparation of chemicals necessary for water purification and water purification operations.
また、水源の濁度の状況を把握するためには、人が定期的に現場へ赴かなければならず、また濁度の把握のためには濁度計を用いなければならないため、人手やコスト・時間がかかり、効率的であるとは言い難い。 In addition, in order to understand the turbidity status of water sources, people must go to the site regularly, and turbidity meters must be used to understand the turbidity, which requires manual labor and It is costly and time consuming, and cannot be said to be efficient.
本発明が解決しようとする課題は、対象となる水の濁度を効率的かつ早期に把握することを可能にする、濁度推定装置、濁度推定システム、薬剤注入制御システム、濁度推定方法、およびプログラムを提供することにある。 The problems to be solved by the present invention are a turbidity estimation device, a turbidity estimation system, a drug injection control system, and a turbidity estimation method that make it possible to efficiently and quickly grasp the turbidity of target water. , and to provide programs.
実施形態の濁度推定装置は、濁度の異なる複数種類の水をそれぞれ異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる濁度別の水深の異なる複数の撮影画像に基づいて、水深と所定の特徴量との関係を示す第1の情報を濁度別に作成する第1の情報作成部と、濁度推定対象の水を異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる水深の異なる複数の撮影画像複数の撮影画像に基づいて、水深と前記特徴量との関係を示す第2の情報を作成する第2の情報作成部と、前記濁度別の第1の情報と前記第2の情報とを用いて、前記濁度推定対象の水の濁度を推定する濁度推定部とを具備する。 The turbidity estimation device of the embodiment estimates water depth and a predetermined value based on a plurality of photographed images of different water depths for each turbidity obtained by photographing a plurality of types of water with different turbidities from above the water surface at different water depths. a first information creation unit that creates first information for each turbidity indicating the relationship with the feature quantity; a second information creation section that creates second information indicating a relationship between water depth and the feature quantity based on a plurality of photographed images; and a turbidity estimating section that estimates the turbidity of the water of which turbidity is to be estimated using the information.
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings.
以下に説明する各実施形態では、例えば調査員などが現場に行って採水や濁度計測を行うことなく、現場に設置される撮像装置の撮影画像からリモートセンシングにて現場の水の濁度の状況を把握することを可能にする。これを実現するため、各実施形態では、現場から濁度推定装置に伝送される撮影画像より特定の特徴量を求め、その特徴量から現場の水の濁度を推定する。 In each of the embodiments described below, for example, the turbidity of water at the site is measured by remote sensing from images taken by an imaging device installed at the site, without the need for an investigator or the like to go to the site to sample water or measure turbidity. make it possible to understand the situation. In order to achieve this, in each embodiment, a specific feature amount is obtained from a captured image transmitted from the site to the turbidity estimating device, and the turbidity of water at the site is estimated from the feature amount.
第1の実施形態では、上記特徴量として「色相」の値を採用する例を示す。第2の実施形態では、上記特徴量として「平均輝度」の値もしくは「エッジ強度」の値を採用する例を示す。 In the first embodiment, an example is shown in which the value of "hue" is adopted as the feature amount. In the second embodiment, an example will be shown in which the value of "average brightness" or the value of "edge strength" is adopted as the feature amount.
<第1の実施形態>
最初に、第1の実施形態について説明する。
<First embodiment>
First, a first embodiment will be described.
(システム全体の構成)
図1に、第1の実施形態に係る濁度推定装置を含むシステム全体の構成の一例を示す。
(Entire system configuration)
FIG. 1 shows an example of the configuration of the entire system including the turbidity estimating device according to the first embodiment.
図1に示されるように、水源であるダムや河川などの現場100の管理区域には、管理装置1、容器101、部材102、監視カメラ(撮像装置)11等が設置される。現場100は無人化されており、常時、現場の水の容器101への通水や監視カメラ11による撮影が行われ、常時、撮影画像が管理装置1から濁度推定装置2へ伝送されるようになっている。 As shown in FIG. 1, a management device 1, a container 101, a member 102, a surveillance camera (imaging device) 11, and the like are installed in a management area of a site 100 such as a dam or river that is a water source. The site 100 is unmanned, and water is constantly being supplied to the water container 101 at the site and photographed by the surveillance camera 11, and photographed images are constantly transmitted from the management device 1 to the turbidity estimating device 2. It has become.
容器101は、ダムや河川などから得られる濁度推定対象の水を収容する。ダムや河川などの水は、常時、自動的に容器101に流入するとともに容器101から流出し、容器10内の水の水面の高さは一定に保たれているものとする。 The container 101 contains water obtained from a dam, a river, etc. and whose turbidity is to be estimated. It is assumed that water from a dam, a river, etc. always automatically flows into and out of the container 101, and the height of the water level in the container 10 is kept constant.
容器101は、内側に所定の部材102を備える。部材102は、階段状の複数の段差を有する部材であり、高さの異なる複数の水平の表面を有する。この部材102は、水面から部材102までの深さ(以降、「水深」と呼ぶ。)がそれぞれ異なるように(すなわち、複数種類の水深が形成されるように)構成されている。部材102の詳細については後で述べる。 The container 101 includes a predetermined member 102 inside. The member 102 is a member having a plurality of step-like steps, and has a plurality of horizontal surfaces having different heights. This member 102 is configured so that the depth from the water surface to the member 102 (hereinafter referred to as "water depth") is different (that is, a plurality of types of water depths are formed). Details of the member 102 will be described later.
なお、図1の例では、複数の段差を有する部材102を用いることで、1つの容器で複数種類の水深を実現しているが、この例に限定されるものではない。例えば、部材102を用いずに、複数の容器で複数種類の水深を実現してもよい。また、部材102を用いずに、高さの異なる複数の底を有する1つの容器101を用いて、複数種類の水深を実現してもよい。 In addition, in the example of FIG. 1, multiple types of water depths are realized in one container by using the member 102 having a plurality of steps, but the present invention is not limited to this example. For example, without using the member 102, multiple types of water depths may be realized using multiple containers. Furthermore, without using the member 102, a single container 101 having a plurality of bottoms with different heights may be used to realize a plurality of types of water depths.
監視カメラ11は、容器101に収容される水の水面上方に設置される。監視カメラ11は、容器101に収容される水を異なる水深毎に水面の上から一定の時間間隔で撮影し、「水深の異なる複数の撮影画像」を生成する。監視カメラ11には、汎用のネットワークカメラを適用してもよい。 The surveillance camera 11 is installed above the surface of the water contained in the container 101. The surveillance camera 11 photographs the water contained in the container 101 from above the water surface at different water depths at regular time intervals, and generates "a plurality of photographed images at different water depths." A general-purpose network camera may be applied to the surveillance camera 11.
管理装置1は、監視カメラ11から得られた「水深の異なる複数の撮影画像」を、濁度推定装置2に伝送する。その際に、それぞれの水深の値を示す情報も併せて伝送してもよい。濁度推定装置2は、例えば所定の地域の事業所などに設けられるコンピュータに相当するものである。上記した容器101、監視カメラ11、管理装置1、および濁度推定装置2は、濁度推定システムを構成する。 The management device 1 transmits “a plurality of captured images at different water depths” obtained from the surveillance camera 11 to the turbidity estimation device 2. At that time, information indicating the respective water depth values may also be transmitted. The turbidity estimating device 2 corresponds to, for example, a computer installed at a business office in a predetermined area. The container 101, surveillance camera 11, management device 1, and turbidity estimation device 2 described above constitute a turbidity estimation system.
第1の実施形態に係る濁度推定装置2は、管理装置1から伝送されてくる「水深の異なる複数の撮影画像」から、「水深毎の色相」を取得する。 The turbidity estimation device 2 according to the first embodiment acquires “hue for each water depth” from “a plurality of captured images at different water depths” transmitted from the management device 1.
濁度推定装置2は、具体的には、管理装置1から伝送されてくる「水深の異なる複数の撮影画像」から「水深と色相との関係」を求め、求めた「水深と色相との関係」を示す情報と、後述する濁度推定用のデータベースの各情報とを比較することで、容器101内の水の濁度を推定する。濁度推定用のデータベース(以降、「データベース」と称す。)は、予め濁度の異なる水ごとにそれぞれ撮影しておいた濁度別の「水深の異なる複数の撮影画像」から求められる濁度別の「水深と色相との関係」を示す情報を含むものである。より具体的な濁度推定の手法については後で述べる。 Specifically, the turbidity estimation device 2 calculates the ``relationship between water depth and hue'' from ``a plurality of captured images with different water depths'' transmitted from the management device 1, and calculates the ``relationship between water depth and hue''. The turbidity of the water in the container 101 is estimated by comparing the information indicating ``with each information in a database for turbidity estimation, which will be described later. The database for turbidity estimation (hereinafter referred to as the "database") is a turbidity estimation database that calculates turbidity from "multiple images taken at different water depths" for each turbidity that have been taken in advance for each type of water with different turbidity. This includes information indicating another "relationship between water depth and hue." A more specific turbidity estimation method will be described later.
濁度推定装置2は、推定した濁度を示す情報を所定の表示装置に表示したり、各所に設置されるコンピュータなどの所定の装置(管理装置3を含む)へ伝送したりする。また、濁度推定装置2は、例えば推定した濁度が上昇して予め定めたアラーム発生対象の濁度レンジに入ると、アラームを発生して所定の装置に通知したりする。 The turbidity estimating device 2 displays information indicating the estimated turbidity on a predetermined display device or transmits it to predetermined devices (including the management device 3) such as computers installed at various locations. Further, the turbidity estimating device 2 generates an alarm and notifies a predetermined device, for example, when the estimated turbidity increases and enters a predetermined turbidity range for which an alarm is to be generated.
水処理施設300は、例えば浄水場であり、管理装置3、池(混和池など)301、薬剤注入装置(凝集剤注入装置など)302、攪拌装置303、薬剤制御部31等が設置される。管理装置3、薬剤制御部31、および上記した濁度推定装置2は、薬剤注入制御システムを構成する。 The water treatment facility 300 is, for example, a water purification plant, and includes a management device 3, a pond (mixing pond, etc.) 301, a chemical injection device (flocculant injection device, etc.) 302, an agitation device 303, a chemical control unit 31, and the like. The management device 3, the drug control unit 31, and the turbidity estimating device 2 described above constitute a drug injection control system.
管理装置3は、濁度推定装置2から伝送される濁度を示す情報を受信し、それを薬剤制御部31へ伝える。薬剤制御部31は、濁度推定装置2により推定された濁度に応じて、水処理施設での薬剤(例えば凝集剤)の注入を制御したり、攪拌装置303の攪拌動作を制御したりする。例えば、濁度推定装置2により推定された濁度が、ある閾値を超えた場合に、薬剤注入装置302により行われる薬剤の注入量または注入率を増加させる、あるいは止めていた注入動作を開始する制御を行ったりする。 The management device 3 receives information indicating turbidity transmitted from the turbidity estimating device 2, and transmits it to the drug control unit 31. The chemical control unit 31 controls the injection of a chemical (for example, a flocculant) in the water treatment facility and the stirring operation of the stirring device 303 according to the turbidity estimated by the turbidity estimation device 2. . For example, when the turbidity estimated by the turbidity estimation device 2 exceeds a certain threshold, the injection amount or injection rate of the drug performed by the drug injection device 302 is increased, or the injection operation that has been stopped is started. control.
(データベース作成のための撮影方式)
図2A及び図2Bに、データベースを作成するための2種類の撮影方式の概略を示す。
(Photography method for creating database)
FIGS. 2A and 2B outline two types of imaging methods for creating a database.
図2Aは、複数の容器(例えば、バケツやビーカーなど)を用いて水深が異なる複数の水を監視カメラ11で撮影する方式を示している。この場合、各容器は所定の色(例えば、白色)を有するものとする。一方、図2Bは、複数種類の水深を実現する部材を備える1つの容器を用いて水を監視カメラ11で撮影する方式を示している。なお、図2Bに示される容器は、図1に示される容器と同様のものであってもよいが、異なる容器を使用してもよい。 FIG. 2A shows a method in which multiple containers (for example, buckets, beakers, etc.) are used to photograph multiple waters at different depths using the surveillance camera 11. In this case, each container shall have a predetermined color (for example, white). On the other hand, FIG. 2B shows a method in which water is photographed by the surveillance camera 11 using one container equipped with members that realize a plurality of types of water depths. Note that the container shown in FIG. 2B may be similar to the container shown in FIG. 1, but a different container may be used.
図2Aには、2つの容器101A,101Bのみが示されているが、より多くの容器を用意することで、より多くの水深の水を撮影するようにしてもよい。また、1つの容器に入れる水の深さを例えば1(cm)刻みで変えていくことで、複数種類の水深の水を撮影するようにしてもよい。 Although only two containers 101A and 101B are shown in FIG. 2A, more containers may be provided to photograph water at greater depths. Furthermore, by changing the depth of water in one container in increments of 1 (cm), for example, water at a plurality of different depths may be photographed.
図2Bには、前述したように階段状の複数の段差を有する部材102を内側に備える容器101が示されている。部材102は、例えば水底からの高さの異なる複数(例えば4つ)の水平の表面(撮影される側の面)を有し、これらの表面により水面からの複数種類の水深を実現する。監視カメラ11は、このような部材102を備える容器101に入った水を撮影する。監視カメラ11から得られる撮影画像には、水深が異なる複数(例えば4つ)の領域が映る。各領域は水深が異なることから、各領域によって水面の色が異なって映る。即ち、各領域の色相は異なる。 FIG. 2B shows a container 101 that includes a member 102 having a plurality of step-like steps inside as described above. The member 102 has, for example, a plurality of (for example, four) horizontal surfaces (surfaces on the side to be photographed) having different heights from the water bottom, and these surfaces realize a plurality of types of water depths from the water surface. The surveillance camera 11 photographs the water contained in the container 101 including such a member 102. The photographed image obtained from the surveillance camera 11 shows a plurality of (for example, four) regions having different water depths. Since each region has a different water depth, the color of the water surface appears different in each region. That is, the hue of each area is different.
なお、図2Bの例では、複数の段差を有する部材102を用いることで、1つの容器で複数種類の水深を実現しているが、この例に限定されるものではない。例えば、部材102を用いずに、1つの容器101で底が複数の段差を有するものを用いて、複数種類の水深を実現してもよい。 In addition, in the example of FIG. 2B, multiple types of water depths are realized in one container by using the member 102 having a plurality of steps, but the present invention is not limited to this example. For example, without using the member 102, a single container 101 having a bottom with a plurality of steps may be used to realize a plurality of types of water depths.
図2Aに示される方式と図2Bに示される方式のいずれにおいても、データベースを作成するにあたっては、まず、複数種類の濁度の水を用意する。複数種類の濁度の水を用意するためには、1カ所(例えばある河川)だけでなく、複数カ所(例えば複数の河川)で水を取得してもよい。また、河川やダムなどのような現地の水を取得することに限らず、例えば人工的に現地の水を再現した模擬水を採用してもよい。また、例えば原水を希釈することで特定の濁度を有する水を作ってもよい。本例では、1つの河川につき、1種類又は複数種類の濁度の水を取得するものとする。このような水の取得を複数カ所の河川で実施する。撮影では、1種類の濁度の水につき、複数種類の水深の撮影画像を得る。このような撮影画像の取得を、複数種類の濁度の水に対して行う。 In both the method shown in FIG. 2A and the method shown in FIG. 2B, when creating a database, water with a plurality of types of turbidity is first prepared. In order to prepare water with multiple types of turbidity, water may be obtained not only at one location (eg, a certain river) but also at multiple locations (eg, multiple rivers). Furthermore, the present invention is not limited to acquiring local water such as from rivers or dams, but may also employ, for example, simulated water that artificially reproduces local water. Alternatively, water having a specific turbidity may be produced by diluting raw water, for example. In this example, it is assumed that water with one or more types of turbidity is acquired for one river. This type of water acquisition will be carried out from multiple rivers. During photography, images taken at multiple types of water depth are obtained for each type of water with one type of turbidity. Such captured images are acquired for water with multiple types of turbidity.
図2Aに示される方式と図2Bに示される方式とでは、撮影を行う回数が異なる。図2Aに示される方式よりも、図2Bに示される方式の方が、撮影を行う回数が少なくて済む。 The number of times of imaging is different between the method shown in FIG. 2A and the method shown in FIG. 2B. The method shown in FIG. 2B requires fewer shots than the method shown in FIG. 2A.
図2Aに示される方式では、1種類の濁度の水につき、容器101Aまたは101Bを用い、当該水を容器に入れ、異なる水深毎に撮影を行う。この場合、撮影を行う回数Mは、M=(河川の数)×(濁度の数)×(水深の数)となる。 In the method shown in FIG. 2A, a container 101A or 101B is used for water having one type of turbidity, the water is placed in the container, and images are taken at different water depths. In this case, the number of times M of photographing is performed is M=(number of rivers)×(number of turbidities)×(number of water depths).
図2Bに示される方式では、1種類の濁度の水につき、部材102を備える1つの容器101を用い、当該水を容器101に入れ、複数種類の水深の水を一度に撮影する。この場合、撮影を行う回数Nは、N=(河川の数)×(濁度の数)となる。 In the method shown in FIG. 2B, one container 101 equipped with a member 102 is used for water with one type of turbidity, the water is placed in the container 101, and water at multiple types of depths is photographed at once. In this case, the number of times N of photographing is performed is N=(number of rivers)×(number of turbidities).
例えば水深の数が4つの場合は、N=M/4であり、図2Bに示される方式は、図2Aに示される方式に比べ、撮影の回数を1/4に減らせる。 For example, when the number of water depths is four, N=M/4, and the method shown in FIG. 2B can reduce the number of photographing operations to 1/4 compared to the method shown in FIG. 2A.
このようにすることで、図2Aに示される方式と図2Bに示される方式のいずれにおいても、撮影により「濁度別の水深の異なる複数の撮影画像」が得られる。当該撮影画像からは、濁度別の「水深毎の色相」が得られる。 By doing so, in both the method shown in FIG. 2A and the method shown in FIG. 2B, "a plurality of photographed images of different water depths according to turbidity" can be obtained by photographing. From the photographed image, "hue for each water depth" for each turbidity can be obtained.
(濁度推定装置2のハードウェア構成)
図3に、濁度推定装置2のハードウェア構成の一例を示す。ただし、図3に示される構成はこの例に限定されるものではなく、適宜変形して実施してもよい。
(Hardware configuration of turbidity estimation device 2)
FIG. 3 shows an example of the hardware configuration of the turbidity estimation device 2. However, the configuration shown in FIG. 3 is not limited to this example, and may be modified and implemented as appropriate.
図3に示されるように、濁度推定装置2は、バスBLに接続される受信部21、処理部22、入力部23、表示部24、記憶部25、および送信部26を備える。記憶部25は、主記憶部251および補助記憶部252を含む。 As shown in FIG. 3, the turbidity estimating device 2 includes a receiving section 21, a processing section 22, an input section 23, a display section 24, a storage section 25, and a transmitting section 26, which are connected to the bus BL. The storage section 25 includes a main storage section 251 and an auxiliary storage section 252.
受信部21は、外部から伝送されてくるデータ(例えば、管理装置1から伝送されてくる「水深の異なる複数の撮影画像」など)を受信する受信装置に相当する。 The receiving unit 21 corresponds to a receiving device that receives data transmitted from the outside (for example, "a plurality of captured images of different water depths" transmitted from the management device 1, etc.).
処理部22は、プロセッサに相当するものであり、バスBLに接続される各部を制御する。処理部22は、記憶部25に記憶されるプログラムやデータベースを実行する。 The processing unit 22 corresponds to a processor and controls each unit connected to the bus BL. The processing unit 22 executes programs and databases stored in the storage unit 25.
入力部23は、キーボードやタッチパネル、ポインティングデバイスなどの入力装置に相当する。 The input unit 23 corresponds to an input device such as a keyboard, touch panel, or pointing device.
表示部24は、各種の情報(例えば、推定された濁度を示す情報など)を画面に表示する表示装置に相当する。 The display unit 24 corresponds to a display device that displays various information (for example, information indicating estimated turbidity, etc.) on a screen.
記憶部25の主記憶部251は、プロセッサが実行するプログラムなどを記憶する記憶装置に相当し、補助記憶部252は、各種のデータを記憶する記憶装置に相当する。 The main storage section 251 of the storage section 25 corresponds to a storage device that stores programs executed by a processor, and the auxiliary storage section 252 corresponds to a storage device that stores various data.
送信部26は、各種の情報(例えば、推定された濁度を示す情報など)を外部の装置(例えば、管理装置3など)へ送信する送信装置に相当する。 The transmitter 26 corresponds to a transmitter that transmits various types of information (for example, information indicating estimated turbidity) to an external device (for example, the management device 3, etc.).
(濁度推定に関わる機能の構成)
図4に、処理部22が実行するプログラムにより実現される濁度推定機能(濁度推定に関わる機能)の構成の一例を示す。ただし、図4に示される構成はこの例に限定されるものではなく、適宜変形して実施してもよい。
(Configuration of functions related to turbidity estimation)
FIG. 4 shows an example of the configuration of a turbidity estimation function (a function related to turbidity estimation) realized by a program executed by the processing unit 22. However, the configuration shown in FIG. 4 is not limited to this example, and may be modified and implemented as appropriate.
本実施形態に係る濁度推定機能は、第1の情報作成部(濁度別の水深-色相情報作成部)221、第2の情報作成部(濁度推定対象の水深-色相情報作成部)222、および濁度推定部223を含む。 The turbidity estimation function according to the present embodiment includes a first information creation unit (water depth-hue information creation unit for each turbidity) 221, and a second information creation unit (water depth-hue information creation unit for turbidity estimation). 222 , and a turbidity estimation section 223 .
第1の情報作成部221は、濁度の異なる複数種類の水をそれぞれ異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる「濁度別の水深の異なる複数の撮影画像」(例えば、濁度M種類×水深N種類の撮影画像)に基づいて、「水深と色相との関係」を示す第1の情報D11を濁度別に作成する機能を有する。作成された個々の第1の情報D11は、記憶部25内の所定の領域にデータベース220として記憶される。 The first information creation unit 221 captures "a plurality of photographed images at different water depths by turbidity" (for example, turbidity It has a function of creating first information D11 indicating "the relationship between water depth and hue" for each turbidity based on M types x N types of water depth photographed images). The created individual pieces of first information D11 are stored as a database 220 in a predetermined area within the storage unit 25.
第2の情報作成部222は、濁度推定対象の水を異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる「水深の異なる複数の撮影画像」(例えば、水深N種類の撮影画像)に基づいて、「水深と色相との関係」を示す第2の情報D12を作成する機能を有する。 The second information creation unit 222 is based on "a plurality of photographed images at different water depths" (for example, photographed images at N types of water depths) obtained by photographing the water to be estimated for turbidity from above the water surface at different water depths. It has a function of creating second information D12 indicating "the relationship between water depth and hue."
濁度推定部223は、データベース220に含まれる濁度別の第1の情報D11と第2の情報D12とを用いて、濁度推定対象の水の濁度を推定する機能を有する。 The turbidity estimating unit 223 has a function of estimating the turbidity of water as a turbidity estimation target using first information D11 and second information D12 for each turbidity included in the database 220.
具体的には、濁度推定部223は、濁度別の第1の情報D11に示される濁度別の「水深と色相との関係」の中から、第2の情報D12に示される濁度推定対象の水の「水深と色相との関係」に最も近い第1の情報D11(=情報D13)を選択し、選択した情報D13の「水深と色相との関係」から、濁度推定対象の水の濁度を求める。 Specifically, the turbidity estimation unit 223 selects the turbidity shown in the second information D12 from among the "relationship between water depth and hue" for each turbidity shown in the first information D11 for each turbidity. Select the first information D11 (= information D13) that is closest to the "relationship between water depth and hue" of the water to be estimated, and calculate the turbidity of the water to be estimated from the "relationship between water depth and hue" of the selected information D13. Find the turbidity of water.
(濁度と色相との関係)
図5に、濁度と色相との関係を示す。
(Relationship between turbidity and hue)
FIG. 5 shows the relationship between turbidity and hue.
図5には、図2Aで説明した容器101Aまたは101Bと同様な容器を用いて、同一の水深で濁度の異なる複数の水を撮影した場合の、複数の撮影画像の例が示されている。 FIG. 5 shows an example of a plurality of captured images when a plurality of waters with different turbidities at the same water depth are captured using a container similar to the container 101A or 101B described in FIG. 2A. .
例えば、濁度が11(度)の水については、撮影画像から得られる色相Hは70(°)と認識される。濁度が30(度)の水については、撮影画像から得られる色相Hは52(°)と認識される。濁度が57(度)の水については、撮影画像から得られる色相Hは40(°)と認識される。濁度が232(度)の水については、撮影画像から得られる色相Hは28~40(°)の範囲と認識される。 For example, for water with a turbidity of 11 (degrees), the hue H obtained from the photographed image is recognized as 70 (degrees). For water with a turbidity of 30 (degrees), the hue H obtained from the photographed image is recognized as 52 (degrees). For water with a turbidity of 57 (degrees), the hue H obtained from the photographed image is recognized as 40 (degrees). For water with a turbidity of 232 (degrees), the hue H obtained from the photographed image is recognized to be in the range of 28 to 40 (degrees).
すなわち、水の濁度が高いほど、色相Hは小さくなるとともに、その分解能が低下し、濁度の小さな違いが判別し難くなる。水の濁度が高いほど、濁度の推定に適する水深は浅く、水の濁度が低いほど、濁度の推定に適する水深は深い傾向がある。 That is, the higher the turbidity of water, the smaller the hue H becomes, and the resolution thereof decreases, making it difficult to distinguish small differences in turbidity. The higher the turbidity of water, the shallower the water depth suitable for estimating turbidity, and the lower the turbidity of water, the deeper the water depth suitable for estimating turbidity.
(撮影画像からの情報の抽出)
図6に、撮影画像からの「水深毎の色相」の抽出の手法を示す。
(Extraction of information from captured images)
FIG. 6 shows a method for extracting "hue for each water depth" from a photographed image.
図6には、図2Aで説明した容器101Aまたは101Bと同様な容器に、データベース作成用に用意したある濁度を有する水を入れて撮影した場合に得られる撮影画像G11の例が示されている。このような撮影画像は、異なる水深毎に取得される。 FIG. 6 shows an example of a photographed image G11 obtained when a container similar to the container 101A or 101B described in FIG. 2A is filled with water having a certain turbidity prepared for database creation and photographed. There is. Such photographed images are acquired at different water depths.
例えば、容器に水を入れ、水深を例えば(cm)刻みで変化させながら水深の異なる複数の撮影画像(例えば、RGB表色系の画像)を取得し、これら複数の撮影画像をRGB表色系からHSV色空間に変換し、水深毎の画像を得る。 For example, fill a container with water, change the depth of the water in steps of (cm), and acquire multiple images taken at different depths (for example, images in the RGB color system). Convert to HSV color space to obtain images for each water depth.
次に、各画像から、それぞれの水面の色相を求めるため、画像中央に注視領域(ROI)を設定する。そして、画像毎に、ROI内の全画素を対象として、色相HのヒストグラムG12を生成し、色相Hの最頻値を示す色相Hピーク(°)を求めてテーブルG13にまとめる。例えば、水深1(cm)の撮影画像の色相Hピークが39(°)であった場合、テーブルG13においては、水深1(cm)に対応する色相Hピークとして39(°)が記憶される。 Next, in order to obtain the hue of each water surface from each image, a region of interest (ROI) is set at the center of the image. Then, for each image, a histogram G12 of hue H is generated for all pixels within the ROI, and a hue H peak (°) indicating the mode of hue H is determined and summarized in a table G13. For example, if the hue H peak of an image taken at a water depth of 1 (cm) is 39 (°), 39 (°) is stored in the table G13 as the hue H peak corresponding to the water depth of 1 (cm).
このようにして作成したテーブルG13は、ある濁度を有する水の「水深と色相との関係」を示す第1の情報D11に相当するものである。この第1の情報D11は、当該濁度を属性情報として備える。 The table G13 created in this way corresponds to the first information D11 indicating the "relationship between water depth and hue" of water having a certain turbidity. This first information D11 includes the turbidity as attribute information.
(適切なヒストグラム)
図6で説明したヒストグラムは、多峰となる場合と単峰となる場合がある。
(proper histogram)
The histogram described in FIG. 6 may be multimodal or unimodal.
図7Aに、多峰となったヒストグラムの例を示し、図7Bに、単峰となったヒストグラムの例を示す。 FIG. 7A shows an example of a multimodal histogram, and FIG. 7B shows an example of a unimodal histogram.
図7Aに示されるように多峰となったヒストグラムでは、色相Hのピークを判定することが困難となる。図7Bに示されるように単峰となったヒストグラムでは、容易に色相Hのピークを判定することができる。ヒストグラムが多峰となる場合、水深が適切でないことが考えられ、容器の底の色や水面の太陽光反射などの影響で、色相Hの値が定まらないことを意味する。そのような場合、水の濁度に応じた適切な水深を設定し直した上で、撮影画像の再取得およびヒストグラムの再生成を行う。 In a multimodal histogram as shown in FIG. 7A, it is difficult to determine the peak of hue H. In a histogram with a single peak as shown in FIG. 7B, the peak of hue H can be easily determined. If the histogram has multiple peaks, it is likely that the water depth is not appropriate, and it means that the value of hue H is not determined due to the color of the bottom of the container, sunlight reflection on the water surface, etc. In such a case, after resetting an appropriate water depth according to the turbidity of the water, the photographed image is reacquired and the histogram is regenerated.
(グラフ上へのプロット)
図6で説明したテーブルG13は、ある濁度を有する水の「水深と色相との関係」を示すものであるが、このような情報は濁度別に作成される。
(Plot on graph)
Table G13 explained in FIG. 6 shows the "relationship between water depth and hue" of water having a certain turbidity, and such information is created for each turbidity.
図8に、濁度別に作成されたテーブルG13の情報をグラフ上にプロットした例を示す。 FIG. 8 shows an example in which the information of table G13 created for each turbidity is plotted on a graph.
図8中に示されるグラフG16は、濁度別に作成されたテーブルG13の情報をグラフ上に個々の点としてプロットしたものである。図8中に示されるグラフG17は、グラフG16中の有意なデータが存在する範囲40を拡大して示したものである。各グラフ中、横軸は水深(cm)を示し、縦軸は色相(°)を示す。 Graph G16 shown in FIG. 8 is a graph in which the information in table G13 created for each turbidity is plotted as individual points on the graph. A graph G17 shown in FIG. 8 is an enlarged view of the range 40 in which significant data exists in the graph G16. In each graph, the horizontal axis indicates water depth (cm), and the vertical axis indicates hue (°).
グラフG17には、濁度別に、以下の7種類のデータがプロットされている。 In graph G17, the following seven types of data are plotted for each turbidity.
・採水した場所:A地区、濁度:32(度)、使用した容器:ビーカー
・採水した場所:A地区、濁度:32(度)、使用した容器:白バケツ
・採水した場所:B地区、濁度:41(度)、使用した容器:ビーカー
・採水した場所:B地区、濁度:41(度)、使用した容器:白バケツ
・採水した場所:C地区、濁度:89(度)、使用した容器:ビーカー
・採水した場所:C地区、濁度:550(度)、使用した容器:ビーカー
・採水した場所:C地区、濁度:550(度)、使用した容器:白バケツ
ただし、図8に示される例は一例であって、この例に限定されるものではない。
・Water sampling location: Area A, turbidity: 32 (degrees), Container used: Beaker ・Water sampling location: Area A, Turbidity: 32 (degrees), Container used: White bucket ・Water sampling location : B area, turbidity: 41 (degrees), container used: beaker ・Water sampling location: B area, turbidity: 41 (degrees), container used: white bucket ・Water sampling location: C area, turbidity Degree: 89 (degrees), Container used: Beaker ・Water sampled location: C area, Turbidity: 550 (degrees), Container used: Beaker ・Water sampled location: C area, Turbidity: 550 (degrees) , Container used: White bucket However, the example shown in FIG. 8 is one example, and the present invention is not limited to this example.
例えば、白バケツは、白色のバケツに限らず、白色と異なる色のバケツを用いてもよい。ビーカーについても、所定の色を有するものであってもよい。 For example, the white bucket is not limited to a white bucket, but may be a bucket of a different color from white. The beaker may also have a predetermined color.
また、より多くのデータを得るために、3つのA~C地区だけでなく、より多くの地区で水を採取してもよい。また、濁度推定対象となる水の地区が例えばA地区だけの場合は、A地区だけから水を採取するようにしてもよい。また、使用する容器はビーカーや白バケツに限らず、他の種類の容器をも用いて水を採取してもよい。また、使用する容器の種類を1種類に統一してもよい。その際に例えば図2Bで説明した部材102を内側に備える容器101またはその他の種類の容器を採用してもよい。 Furthermore, in order to obtain more data, water may be sampled not only from the three districts A to C but also from more districts. Furthermore, if the area of water targeted for turbidity estimation is, for example, only Area A, water may be sampled only from Area A. Further, the container used is not limited to a beaker or a white bucket, but other types of containers may be used to collect water. Further, the types of containers used may be unified to one type. In this case, for example, the container 101 provided with the member 102 described in FIG. 2B inside or other types of containers may be employed.
(水深-色相曲線の作成)
前述した第1の情報作成部221は、例えば、グラフG17上の濁度別のプロット群に基づいて、「水深と色相との関係」を示す濁度別の第1の情報D11を作成する。それぞれの第1の情報D11は、グラフG17上の濁度別のプロット群そのものであってもよいが、必要に応じて調整することが望ましい。本実施形態では、濁度別のプロット群を、濁度別の曲線(以降、「水深-色相曲線」と称す。)として表現する。その際に、最小二乗法などの手法を適用してもよい。また、濁度推定の精度低下の原因となるプロット群については、所定の補正もしくは削除を行うものとする。また、色相に一定以上のばらつきがある範囲を対象に、所定の閾値を超える外れ値を除いた上で平均化を行ってもよい。
(Creation of water depth-hue curve)
The first information creation unit 221 described above creates, for example, first information D11 for each turbidity indicating the "relationship between water depth and hue" based on a group of plots for each turbidity on the graph G17. Each of the first information D11 may be the plot group by turbidity on the graph G17 itself, but it is desirable to adjust it as necessary. In this embodiment, a group of plots for each turbidity is expressed as a curve for each turbidity (hereinafter referred to as a "water depth-hue curve"). At this time, a method such as the least squares method may be applied. In addition, a predetermined correction or deletion is performed on plot groups that cause a decrease in the accuracy of turbidity estimation. Further, the averaging may be performed after removing outliers exceeding a predetermined threshold value in a range where the hue varies by a certain amount or more.
濁度別のプロット群を、濁度別の「水深-色相曲線」として表現しておくことにより、濁度推定対象となる水の「水深-色相曲線」が、濁度別の「水深-色相曲線」のいずれに該当するのかを、判定しやすくなる。 By expressing the plot group for each turbidity as a "water depth-hue curve" for each turbidity, the "water depth-hue curve" of the water that is the target of turbidity estimation can be expressed as a "water depth-hue curve" for each turbidity. This makes it easier to determine which of the curves it falls under.
図8中に示されるテーブルG18は、濁度(及び色相)と濁度の推定に適した水深(cm)との関係を大まかに示すものである。 Table G18 shown in FIG. 8 roughly shows the relationship between turbidity (and hue) and water depth (cm) suitable for estimating turbidity.
前述したように、水の濁度が高いほど、色相Hは小さくなるとともに、その分解能が低下し、濁度の小さな違いが判別し難くなる。水の濁度が高いほど、濁度の推定に適する水深は浅く、水の濁度が低いほど、濁度の推定に適する水深は深い傾向がある。 As described above, the higher the turbidity of water, the smaller the hue H becomes, and the resolution thereof decreases, making it difficult to distinguish small differences in turbidity. The higher the turbidity of water, the shallower the water depth suitable for estimating turbidity, and the lower the turbidity of water, the deeper the water depth suitable for estimating turbidity.
例えば、7種の水のうち濁度が最も低い「A地区で採水した濁度32(度)の水(ビーカー)」および「A地区で採水した濁度32(度)の水(白バケツ)」は、グラフG17上のプロットを見ると、水深が低い範囲(例えば10(cm)未満)では、色相にばらつきが見られるが、水深が高い符号41の範囲(例えば10~30(cm)付近)では、色相のばらつきが抑えられており、安定した色相(例えば55(°)付近)が見られる。 For example, ``water with a turbidity of 32 (degrees) sampled in area A (beaker)'' and ``water with a turbidity of 32 degrees (degrees) sampled in area A (white)'' have the lowest turbidity among the seven types of water. If you look at the plot on graph G17 for "Bucket", you can see that there is variation in hue in the low water depth range (for example, less than 10 (cm)), but in the high water depth range of code 41 (for example, 10 to 30 (cm) ), the variation in hue is suppressed and a stable hue (for example, around 55 (°)) can be seen.
その次に濁度が低い「B地区で採水した濁度41(度)の水(ビーカー)」および「B地区で採水した濁度41(度)の水(白バケツ)」も、同様な傾向があり、水深が高い符号42の範囲で、色相のばらつきが抑えられており、安定した色相(例えば38(°)付近)が見られる。 The next lowest turbidity is ``water with a turbidity of 41 (degrees) sampled in area B (beaker)'' and ``water with a turbidity of 41 (degrees) sampled in area B (white bucket)''. In the range 42 where the water depth is high, variation in hue is suppressed and a stable hue (for example, around 38 (°)) is observed.
「C地区で採水した濁度89(度)の水(ビーカー)」は、水深が浅い符号43の範囲(例えば10(cm)付近もしくはそれ以下)で、色相(例えば32~40(°))が見られる。 "Water with a turbidity of 89 (degrees) sampled in area C (beaker)" has a shallow water depth in the range of code 43 (for example, around 10 (cm) or less) and has a hue (for example, 32 to 40 (degrees)). ) can be seen.
最も濁度が高い「D地区で採水した濁度550(度)の水(ビーカー)」および「D地区で採水した濁度550(度)の水(白バケツ)」は、それぞれ、水深が浅い符号44の範囲(例えば10(cm)付近もしくはそれ以下)で、色相(例えば25~30(°))が見られ、また、符号45の範囲(例えば10(cm)付近もしくはそれ以下)で、色相(例えば10~20(°))が見られる。 "Water with a turbidity of 550 (degrees) sampled in area D (beaker)" and "water with a turbidity of 550 (degrees) sampled in area D (white bucket)" with the highest turbidity are respectively water depths. A hue (for example, 25 to 30 (°)) can be seen in the range of code 44 (for example, around 10 (cm) or less), and a range of code 45 (for example, around 10 (cm) or less). , the hue (for example, 10 to 20 (°)) can be seen.
このように、濁度毎に、色相の安定する水深レンジが存在する。よって、濁度別の「水深と色相との関係」を作成する際には、濁度毎に、色相の安定する水深レンジのプロット群を残し、それ以外のレンジのプロット群については所定の補正もしくは削除を行うようにしてもよい。 In this way, there is a water depth range in which the hue is stable for each turbidity. Therefore, when creating the "relationship between water depth and hue" for each turbidity, leave a group of plots in the water depth range where the hue is stable for each turbidity, and apply the prescribed correction to the plot groups in other ranges. Alternatively, it may be deleted.
(濁度推定装置2の動作例)
次に、図9を参照して、図4に示されるデータベース220を作成するための処理手順の一例を説明する。
(Example of operation of turbidity estimation device 2)
Next, with reference to FIG. 9, an example of a processing procedure for creating the database 220 shown in FIG. 4 will be described.
例えばM種類の濁度の異なる複数種類の河川水が取得され(ステップS11)、M種類の濁度別に、容器に河川水が入れられ、水深N種類の撮影画像(例えば、RGB表色系の画像)を取得する処理が行われる(ステップS12)。 For example, multiple types of river water with different M types of turbidity are acquired (step S11), the river water is put into containers for each M type of turbidity, and photographed images of N types of water depth (for example, in RGB color system) are obtained. (step S12).
以降、取得された「濁度M種類×水深N種類」の撮影画像につき、第1の情報作成部221により各種の処理が行われる。 Thereafter, various processes are performed by the first information creation unit 221 on the acquired captured images of "M types of turbidity x N types of water depth".
第1の情報作成部221は、「濁度M種類×水深N種類」の撮影画像を得ると、各撮影画像の色空間をRGBからHSVに変換する(ステップS13)。 When the first information creation unit 221 obtains the photographed images of "M types of turbidity x N types of water depth", the first information creation unit 221 converts the color space of each photographed image from RGB to HSV (step S13).
次に、第1の情報作成部221は、各撮影画像(HSV変換後の各H画像)内に注視領域(ROI)を設定する(ステップS14)。 Next, the first information creation unit 221 sets a region of interest (ROI) in each captured image (each H image after HSV conversion) (step S14).
次に、第1の情報作成部221は、各H画像においてROI内画素から色相を抽出する処理(各画素値のヒストグラムを生成して最頻値を選択する処理を含む。)を行う(ステップS15)。 Next, the first information creation unit 221 performs a process of extracting hue from pixels within the ROI in each H image (including a process of generating a histogram of each pixel value and selecting the mode) (step S15).
最後に、第1の情報作成部221は、濁度別に抽出した水深毎の色相を用いて、濁度別の「水深-色相曲線」(第1の情報D11に相当)を作成し、これを用いてデータベース220を構築する(ステップS16)。 Finally, the first information creation unit 221 creates a "water depth-hue curve" for each turbidity (corresponding to the first information D11) using the hue for each water depth extracted for each turbidity, and The database 220 is constructed using the above information (step S16).
次に、図10を参照して、濁度推定対象の水の濁度を推定するための処理手順の一例を説明する。 Next, an example of a processing procedure for estimating the turbidity of water whose turbidity is to be estimated will be described with reference to FIG.
例えば水源がある現場100には、水源の水が通水する所定の容器が設置されており、監視カメラ11により容器内の水の水面が常時撮影され、「水深N種類」の撮影画像が生成される(ステップS21)。生成された「水深N種類」の撮影画像は、管理装置1から濁度推定装置2へ伝送される。 For example, at a site 100 where there is a water source, a predetermined container is installed through which the water from the water source flows, and the surveillance camera 11 constantly photographs the water surface in the container to generate photographed images of "N types of water depths". (Step S21). The generated captured images of "N types of water depths" are transmitted from the management device 1 to the turbidity estimation device 2.
以降、取得された「水深N種類」の撮影画像につき、第2の情報作成部222により各種の処理が行われ、最後に濁度推定部223により濁度推定の処理が行われることになる。 Thereafter, the second information creation unit 222 performs various processes on the acquired captured images of “N types of water depths”, and finally the turbidity estimation unit 223 performs turbidity estimation processing.
第2の情報作成部222は、「水深N種類」の撮影画像を得ると、各撮影画像の色空間をRGBからHSVに変換する(ステップS22)。 When the second information creation unit 222 obtains the photographed images of "N types of water depths", it converts the color space of each photographed image from RGB to HSV (step S22).
次に、第2の情報作成部222は、各撮影画像(HSV変換後の各H画像)内に注視領域(ROI)を設定する(ステップS23)。 Next, the second information creation unit 222 sets a region of interest (ROI) in each captured image (each H image after HSV conversion) (step S23).
次に、第2の情報作成部222は、各H画像においてROI内画素から色相を抽出する処理(各画素値のヒストグラムを生成して最頻値を選択する処理を含む。)を行う(ステップS24)。 Next, the second information creation unit 222 performs a process of extracting hue from pixels within the ROI in each H image (including a process of generating a histogram of each pixel value and selecting the mode) (step S24).
次に、第2の情報作成部222は、抽出した水深毎の色相を用いて、濁度推定対象の水の「水深-色相情報」(第2の情報D12に相当)を作成する(ステップS25)。 Next, the second information creation unit 222 creates "water depth-hue information" (corresponding to the second information D12) of the water whose turbidity is to be estimated, using the extracted hue for each water depth (step S25 ).
最後に、濁度推定部223は、濁度推定対象の水の「水深-色相情報」を、濁度別の「水深―色相曲線」上にプロットし、重なりが最大となる「水深―色相曲線」(情報D13に相当)を特定し、特定した「水深―色相曲線」の属性情報から、濁度推定対象の水の濁度を求めて表示装置などに出力する(ステップS26)。 Finally, the turbidity estimation unit 223 plots the "water depth-hue information" of the water to be estimated for turbidity on the "water depth-hue curve" for each turbidity, and plots the "water depth-hue curve" with the maximum overlap. ” (corresponding to information D13), and from the attribute information of the identified “water depth-hue curve”, the turbidity of the water to be estimated is outputted to a display device or the like (step S26).
第1の実施形態によれば、ダムや河川に設置した監視カメラの撮影画像から得られる色相および水深の情報に基づき、現場の水の濁度を推定することが可能になる。そのため、リモートセンシングにて現場の水の濁度を把握することが可能となり、人が現場に赴いて濁度計を用いた濁度計測を行うことが不要となる。また、撮影画像から得られる色相および水深の情報に基づき、水源における濁度変化をタイムリーに把握することが可能になるので、水源において発生しうる過度の濁りを早期に検知でき、例えば下流の浄水場における効率的な浄水オペレーションが可能となる。 According to the first embodiment, it is possible to estimate the turbidity of water at the site based on information on hue and water depth obtained from images captured by a surveillance camera installed in a dam or river. Therefore, it becomes possible to grasp the turbidity of water at the site using remote sensing, and there is no need for people to go to the site and measure turbidity using a turbidity meter. In addition, based on information on hue and water depth obtained from captured images, it is possible to timely grasp turbidity changes in water sources, making it possible to early detect excessive turbidity that may occur in water sources, for example, downstream. Efficient water purification operations at water treatment plants become possible.
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。以下では、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described. Below, the explanation will focus on parts that are different from the first embodiment.
(システム全体の構成)
第2の実施形態に係る濁度推定装置を含むシステム全体の構成は、図1に示されるものと同様となるが、容器101内の構造や濁度推定装置2の処理などが異なる。
(Entire system configuration)
The configuration of the entire system including the turbidity estimating device according to the second embodiment is similar to that shown in FIG. 1, but the structure inside the container 101 and the processing of the turbidity estimating device 2 are different.
第1の実施形態では、容器101を使用する場合の例では、その中に複数種類の水深を実現する部材102を配置することで、監視カメラ11の撮影画像から「水深毎の色相」を得られるようにする例を示した。 In the first embodiment, in the case where a container 101 is used, "hues for each water depth" can be obtained from images taken by the surveillance camera 11 by arranging members 102 that realize multiple types of water depths therein. An example of how to do this is shown below.
これに対し、第2の実施形態では、容器101を使用する場合、例えば容器101の中の部材102の高さの異なる複数の表面のそれぞれに、後述するプレート(部材)103を配置することで、監視カメラ11の撮影画像から「水深毎のプレートの平均輝度」もしくは「水深毎のプレートの輪郭部のエッジ強度」を得られるようにする。この場合、水面から各プレート103までの深さ(以降、「水深」と呼ぶ。)が異なることから、複数種類の水深を実現しているといえる。 In contrast, in the second embodiment, when using the container 101, for example, plates (members) 103, which will be described later, are placed on each of a plurality of surfaces of the member 102 in the container 101 having different heights. , "average brightness of the plate for each water depth" or "edge strength of the contour of the plate for each water depth" can be obtained from the photographed image of the surveillance camera 11. In this case, since the depths from the water surface to each plate 103 (hereinafter referred to as "water depths") are different, it can be said that multiple types of water depths are realized.
ただし、各プレート103の設置は、必ずしも必要とされるものではない。例えば、
監視カメラ11の撮影画像から「水深毎のある部分の平均輝度」や「水深毎のある部分の輪郭部のエッジ強度」を得ることが可能な構造が容器101内に設けられる場合は、各プレート103の設置を省略してもよい。
However, the installation of each plate 103 is not necessarily required. for example,
If a structure is provided in the container 101 that allows obtaining the "average brightness of a certain part for each water depth" or "the edge strength of the contour part of a certain part for each water depth" from images captured by the surveillance camera 11, each plate The installation of 103 may be omitted.
また、プレート103を配置する場合、プレート103を配置するための構造や使用する容器は、上記した例に限定されるものではない。別の形態で複数種類の水深を実現してもよい。 Further, when arranging the plate 103, the structure for arranging the plate 103 and the container used are not limited to the above-mentioned example. Multiple types of water depths may be realized in other forms.
例えば、部材102を用いずに、複数の容器を用意し、各容器の底にそれぞれプレート103を配置した上で、複数種類の水深を実現してもよい。また、部材102を用いずに、1つの容器に高さの異なる複数の底を設け、各底にそれぞれプレート103を配置することで、複数種類の水深を実現してもよい。 For example, without using the member 102, a plurality of containers may be prepared and a plate 103 may be placed at the bottom of each container to realize a plurality of different water depths. Furthermore, without using the member 102, multiple types of water depths may be realized by providing a single container with a plurality of bottoms of different heights and arranging the plate 103 on each bottom.
第2の実施形態に係る濁度推定装置2は、管理装置1から伝送されてくる「水深の異なる複数の撮影画像」から、「水深毎の色相」ではなく、「水深毎のプレートの表面の平均輝度」もしくは「水深毎のプレートの輪郭部のエッジ強度」を取得する。 The turbidity estimating device 2 according to the second embodiment calculates, from the “multiple captured images at different water depths” transmitted from the management device 1, “the hue of the plate surface for each water depth” rather than “the hue for each water depth”. Obtain the "average brightness" or "edge intensity of the contour of the plate for each water depth."
濁度推定装置2は、具体的には、管理装置1から伝送されてくる「水深の異なる複数の撮影画像」から「水深毎のプレートの表面の平均輝度」もしくは「水深毎のプレートの輪郭部のエッジ強度」を求め、求めた「水深毎のプレートの表面の平均輝度」もしくは「水深毎のプレートの輪郭部のエッジ強度」を示す情報と、後述する濁度推定用のデータベースの各情報とを比較することで、容器101内の水の濁度を推定する。データベースは、予め濁度の異なる水ごとにそれぞれ撮影しておいた濁度別の「水深の異なる複数の撮影画像」から求められる濁度別の「水深毎のプレートの表面の平均輝度」もしくは「水深毎のプレートの輪郭部のエッジ強度」を示す情報を含むものである。より具体的な濁度推定の手法については後で述べる。 Specifically, the turbidity estimation device 2 calculates the “average brightness of the plate surface for each water depth” or “the contour of the plate for each water depth” from the “multiple captured images at different water depths” transmitted from the management device 1. information indicating the "average brightness of the surface of the plate for each water depth" or "edge strength of the contour of the plate for each water depth" and each information in the database for turbidity estimation described later. By comparing the values, the turbidity of water in the container 101 is estimated. The database consists of "average brightness of the surface of the plate for each water depth" or " It includes information indicating the edge strength of the contour of the plate at each water depth. A more specific turbidity estimation method will be described later.
(データベース作成のための撮影方式)
第2の実施形態に係る各種の撮影方式は、図2A及び図2Bで説明したものと同様となる。ただし、図2Aの例においては、各容器の底にプレート103を配置するものとする、また、図2Bの例においては、部材102の高さの異なる複数の表面のそれぞれに、後述するプレート(部材)103を配置するものとする。
(Photography method for creating database)
Various imaging methods according to the second embodiment are similar to those described in FIGS. 2A and 2B. However, in the example of FIG. 2A, a plate 103 is placed at the bottom of each container, and in the example of FIG. 2B, a plate (described later) ( member) 103 shall be placed.
図2Aに示される方式と図2Bに示される方式のいずれにおいても、撮影により「濁度別の水深の異なる複数の撮影画像」が得られる。当該撮影画像からは、濁度別の「水深毎のプレートの表面の平均輝度」および濁度別の「水深毎のプレートの輪郭部のエッジ強度」が得られる。 In both the method shown in FIG. 2A and the method shown in FIG. 2B, "a plurality of photographed images of different water depths according to turbidity" are obtained by photographing. From the photographed image, "average brightness of the surface of the plate for each water depth" for each turbidity and "edge intensity of the contour of the plate for each water depth" for each turbidity are obtained.
(撮影画像からの情報の抽出)
図11に、撮影画像からの「水深毎のプレートの表面の平均輝度」および「水深毎のプレートの輪郭部のエッジ強度」の抽出の手法を示す。
(Extraction of information from captured images)
FIG. 11 shows a method for extracting "average brightness of the plate surface for each water depth" and "edge strength of the contour of the plate for each water depth" from the photographed image.
図11は、図2Aで説明した容器101Aまたは101Bと同様な容器の底に白いプレート(白プレート)103を配置して、データベース作成用に用意したある濁度を有する水を撮影した場合に得られる撮影画像G21の例が示されている。このような撮影画像は、異なる水深毎に取得される。 FIG. 11 shows the results obtained when a white plate (white plate) 103 is placed at the bottom of a container similar to the container 101A or 101B explained in FIG. 2A, and water with a certain turbidity prepared for database creation is photographed. An example of a captured image G21 is shown. Such photographed images are acquired at different water depths.
例えば、容器に水を入れ、水深を例えば(cm)刻みで変化させながら水深の異なる複数の撮影画像(例えば、RGB表色系の画像)を取得し、これら複数の撮影画像をモノクロ画像に変換し、水深毎の画像を得る。 For example, fill a container with water, change the water depth in cm increments, acquire multiple images taken at different water depths (for example, RGB color system images), and convert these multiple images into monochrome images. and obtain images for each depth.
次に、各画像から、それぞれの「プレートの表面の平均輝度」および「プレートの輪郭部のエッジ強度」を求めるため、プレート103全体を含むように注視領域(ROI)を設定する。 Next, a region of interest (ROI) is set to include the entire plate 103 in order to obtain the "average brightness of the surface of the plate" and "edge intensity of the contour of the plate" from each image.
そして、ROI内の領域から「プレートの表面の平均輝度」を求める。例えば、必要に応じてプレート表面の輝度を得やすくするために所定の画像処理が施されたモノクロ画像G22のROI内から、白いプレート103が存在する領域の輝度を画像毎に求め、その平均値である平均輝度を求める。また、ROI内の領域から「プレートの輪郭部のエッジ強度」を求める。例えば、必要に応じてエッジ強度を得やすくするために所定の画像処理が施されたモノクロ画像G23のROI内から、白いプレート103の輪郭部のエッジ強度を求める。 Then, the "average brightness of the surface of the plate" is determined from the region within the ROI. For example, the brightness of the area where the white plate 103 is present is determined for each image from within the ROI of the monochrome image G22, which has been subjected to predetermined image processing to make it easier to obtain the brightness of the plate surface as necessary, and the average value Find the average brightness. Furthermore, the "edge strength of the contour part of the plate" is determined from the region within the ROI. For example, the edge strength of the outline of the white plate 103 is determined from within the ROI of the monochrome image G23, which has been subjected to predetermined image processing to facilitate obtaining the edge strength as needed.
このようにして水深毎に求めた「プレートの表面の平均輝度」および「プレートの輪郭部のエッジ強度」をテーブルG24にまとめる。 The "average brightness of the surface of the plate" and the "edge strength of the contour of the plate" thus determined for each water depth are summarized in table G24.
このようにして作成したテーブルG24は、ある濁度を有する水の「水深と平均輝度との関係」を示す第1の情報D21および「水深とエッジ強度との関係」を示す第1の情報D31に相当する。第1の情報D21および第1の情報D31は、当該濁度を属性情報として備える。 The table G24 created in this way includes first information D21 indicating the "relationship between water depth and average brightness" of water having a certain turbidity, and first information D31 indicating the "relationship between water depth and edge strength". corresponds to The first information D21 and the first information D31 include the turbidity as attribute information.
なお、第1の情報D21および第1の情報D31の詳細については後で述べる。 Note that details of the first information D21 and the first information D31 will be described later.
(濁度推定装置2のハードウェア構成)
第2の実施形態に係る濁度推定装置2のハードウェア構成は、図3で説明したものと同様となる。
(Hardware configuration of turbidity estimation device 2)
The hardware configuration of the turbidity estimating device 2 according to the second embodiment is the same as that described in FIG. 3.
(濁度推定に関わる機能の構成)
図12に、処理部22が実行するプログラムにより実現される濁度推定機能(濁度推定に関わる機能)の構成の一例を示す。ただし、図12に示される構成はこの例に限定されるものではなく、適宜変形して実施してもよい。
(Configuration of functions related to turbidity estimation)
FIG. 12 shows an example of the configuration of a turbidity estimation function (a function related to turbidity estimation) realized by a program executed by the processing unit 22. However, the configuration shown in FIG. 12 is not limited to this example, and may be modified and implemented as appropriate.
本実施形態に係る濁度推定機能は、「平均輝度」に関わる機能として、第1の情報作成部(濁度別の水深-平均輝度情報作成部)224Aおよび第2の情報作成部(濁度推定対象の水深-平均輝度情報作成部)225Aを含み、「エッジ強度」に関わる機能として、第1の情報作成部(濁度別の水深-エッジ強度情報作成部)224Bおよび第2の情報作成部(濁度推定対象の水深-エッジ強度情報作成部)225Bを含み、さらに双方に共通する機能として濁度推定部226を含む。なお、第1の情報作成部224Aと第1の情報作成部224Bとは、一体化されていてもよい。また、第2の情報作成部225Aと第2の情報作成部225Bとは、一体化されていてもよい。 The turbidity estimation function according to the present embodiment includes a first information creation unit (turbidity-based water depth-average brightness information creation unit) 224A and a second information creation unit (turbidity It includes a first information creation section (water depth by turbidity-edge strength information creation section) 224B and a second information creation section as functions related to "edge strength". 225B (water depth-edge strength information creation unit for turbidity estimation target), and further includes a turbidity estimation unit 226 as a function common to both. Note that the first information creation section 224A and the first information creation section 224B may be integrated. Furthermore, the second information creation section 225A and the second information creation section 225B may be integrated.
本実施形態では、気象条件(天候・日照などの条件)に応じて、「平均輝度」に関わる機能と「エッジ強度」に関わる機能とを選択的に使用する例を示す。気象条件に応じた処理については後で述べる。 In this embodiment, an example will be shown in which a function related to "average brightness" and a function related to "edge strength" are selectively used depending on weather conditions (conditions such as weather and sunlight). Processing according to weather conditions will be discussed later.
なお、必ずしも「平均輝度」に関わる機能と「エッジ強度」に関わる機能の両方が必要とされるものではない。 Note that both the function related to "average brightness" and the function related to "edge intensity" are not necessarily required.
例えば、常時、「エッジ強度」の情報を用いずに、「平均輝度」の情報を用いて濁度推定を行う場合は、第1の情報作成部224Bおよび第2の情報作成部225Bを省略するとともに、濁度推定部226における「エッジ強度」に関わる処理を省略してもよい。 For example, if turbidity estimation is always performed using "average brightness" information without using "edge strength" information, the first information creation section 224B and the second information creation section 225B may be omitted. In addition, the processing related to "edge strength" in the turbidity estimation unit 226 may be omitted.
また、常時、「平均輝度」の情報を用いずに、「エッジ強度」の情報を用いて濁度推定を行う場合は、第1の情報作成部224Aおよび第2の情報作成部225Aを省略するとともに、濁度推定部226における「平均輝度」に関わる処理を省略してもよい。 In addition, when turbidity estimation is always performed using "edge intensity" information without using "average brightness" information, the first information creation section 224A and the second information creation section 225A are omitted. At the same time, the processing related to "average brightness" in the turbidity estimation unit 226 may be omitted.
(「平均輝度」に関わる機能)
第1の情報作成部(濁度別の水深-平均輝度情報作成部)224Aは、濁度の異なる複数種類の水をそれぞれ異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる「濁度別の水深の異なる複数の撮影画像」(例えば、濁度M種類×水深N種類の撮影画像)に基づいて、「水深と平均輝度との関係」を示す第1の情報D21を濁度別に作成する機能を有する。作成された個々の第1の情報D21は、記憶部25内の所定の領域にデータベース220として記憶される。
(Functions related to "average brightness")
The first information creation unit (water depth by turbidity-average brightness information creation unit) 224A is a "turbidity-based information creation unit" that is obtained by photographing multiple types of water with different turbidities from above the water surface at different water depths. A function that creates first information D21 indicating the "relationship between water depth and average brightness" for each turbidity based on "multiple captured images with different water depths" (for example, captured images with M types of turbidity x N types of water depth) has. The created individual pieces of first information D21 are stored as a database 220 in a predetermined area within the storage unit 25.
第2の情報作成部(濁度推定対象の水深-平均輝度情報作成部)225Aは、濁度推定対象の水を異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる「水深の異なる複数の撮影画像」(例えば、水深N種類の撮影画像)に基づいて、「水深と平均輝度との関係」を示す第2の情報D22を作成する機能を有する。 The second information creation unit (water depth-average brightness information creation unit for which turbidity is estimated) 225A is configured to produce multiple images obtained by photographing the water to be estimated for turbidity from above the water surface at different depths. It has a function of creating second information D22 indicating the "relationship between water depth and average brightness" based on "images" (for example, photographed images of N types of water depths).
濁度推定部226は、データベース220に含まれる濁度別の第1の情報D21と第2の情報D22とを用いて、濁度推定対象の水の濁度を推定する機能を有する。 The turbidity estimating unit 226 has a function of estimating the turbidity of water as a turbidity estimation target using first information D21 and second information D22 for each turbidity included in the database 220.
具体的には、濁度推定部226は、濁度別の第1の情報D21に示される濁度別の「水深と平均輝度との関係」の中から、第2の情報D22に示される濁度推定対象の水の「水深と平均輝度との関係」に最も近い第1の情報D21(=情報D23)を選択し、選択した情報D23の「水深と平均輝度との関係」から、濁度推定対象の水の濁度を求める。なお、天候などの環境条件により太陽の日照条件が異なるため、「水深と平均輝度との関係」における水深別の平均輝度は、水深の変化に伴い平均輝度の減衰度合を表す指標(参考値)として考える。 Specifically, the turbidity estimation unit 226 selects the turbidity shown in the second information D22 from among the "relationship between water depth and average brightness" for each turbidity shown in the first information D21 for each turbidity. Select the first information D21 (=information D23) that is closest to the "relationship between water depth and average brightness" of the water to be estimated, and calculate the turbidity from the "relationship between water depth and average brightness" of the selected information D23. Find the turbidity of the water to be estimated. In addition, since the sunlight conditions differ depending on environmental conditions such as weather, the average brightness by water depth in "Relationship between water depth and average brightness" is an index (reference value) that represents the degree of attenuation of the average brightness as the water depth changes. Think of it as.
(「エッジ強度」に関わる機能)
第1の情報作成部(濁度別の水深-エッジ強度情報作成部)224Bは、濁度の異なる複数種類の水をそれぞれ異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる「濁度別の水深の異なる複数の撮影画像」(例えば、濁度M種類×水深N種類の撮影画像)に基づいて、「水深とエッジ強度との関係」を示す第1の情報D31を濁度別に作成する機能を有する。作成された個々の第1の情報D31は、記憶部25内の所定の領域にデータベース220として記憶される。
(Function related to "edge strength")
The first information creation unit (water depth by turbidity - edge strength information creation unit) 224B is a "turbidity-based information creation unit" that is obtained by photographing multiple types of water with different turbidities from above the water surface at different water depths. A function that creates first information D31 indicating the "relationship between water depth and edge strength" for each turbidity based on "multiple captured images with different water depths" (for example, captured images with M types of turbidity x N types of water depth) has. The created individual pieces of first information D31 are stored as a database 220 in a predetermined area within the storage unit 25.
第2の情報作成部(濁度推定対象の水深-エッジ強度情報作成部)225Bは、濁度推定対象の水を異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる「水深の異なる複数の撮影画像」(例えば、水深N種類の撮影画像)に基づいて、「水深とエッジ強度との関係」を示す第2の情報D32を作成する機能を有する。 The second information creation unit (water depth-edge strength information creation unit for turbidity estimation) 225B is configured to generate multiple images obtained by photographing the water for which turbidity estimation is to be estimated from above the water surface at different depths. It has a function of creating second information D32 indicating the "relationship between water depth and edge strength" based on "images" (for example, photographed images of N types of water depths).
濁度推定部226は、データベース220に含まれる濁度別の第1の情報D31と第2の情報D32とを用いて、濁度推定対象の水の濁度を推定する機能を有する。 The turbidity estimating unit 226 has a function of estimating the turbidity of water as a turbidity estimation target using first information D31 and second information D32 for each turbidity included in the database 220.
具体的には、濁度推定部226は、濁度別の第1の情報D31に示される濁度別の「水深とエッジ強度との関係」の中から、第2の情報D32に示される濁度推定対象の水の「水深とエッジ強度との関係」に最も近い第1の情報D31(=情報D33)を選択し、選択した情報D33の「水深とエッジ強度との関係」から、濁度推定対象の水の濁度を求める。なお、天候などの環境条件により太陽の日照条件が異なるため、「水深とエッジ強度との関係」における水深別のエッジ強度は、水深の変化に伴いエッジ強度の減衰度合を表す指標(参考値)として考える。 Specifically, the turbidity estimation unit 226 selects the turbidity shown in the second information D32 from among the "relationship between water depth and edge strength" for each turbidity shown in the first information D31 for each turbidity. Select the first information D31 (= information D33) that is closest to the "relationship between water depth and edge strength" of the water to be estimated, and calculate the turbidity from the "relationship between water depth and edge strength" of the selected information D33. Find the turbidity of the water to be estimated. In addition, since the sunlight conditions differ depending on environmental conditions such as weather, the edge strength by water depth in "Relationship between water depth and edge strength" is an index (reference value) that represents the degree of attenuation of edge strength as water depth changes. Think of it as.
(気象条件に応じた選択処理の機能)
前述したように、図12に示される各種の機能には、「平均輝度」に関わる機能と「エッジ強度」に関わる機能とがあり、気象条件(天候・日照などの条件)に応じて、「平均輝度」に関わる機能と「エッジ強度」に関わる機能とが選択的に使用される。
(Selection processing function according to weather conditions)
As mentioned above, the various functions shown in Figure 12 include a function related to "average brightness" and a function related to "edge strength." A function related to "average brightness" and a function related to "edge strength" are selectively used.
例えば、陽射しが強いときには濁度推定対象の水の水面・水中に強い光が当って明るくなったり、また、曇りのときには濁度推定対象の水の水面・水中が暗くなったりすることがある。よって、気象条件によっては、撮影画像から「平均輝度」を精度よく取得することができない場合や、あるいは「エッジ強度」を精度よく取得することができない場合がある。そのような場合、「平均輝度」と「エッジ強度」のうち、どちらか適切な方を選択して濁度推定を実施することが望ましい。その場合、各種の気象条件毎に、「平均輝度」と「エッジ強度」のいずれを使用すべきかを示す基準データを予めデータベース220に記録しておき、その基準データに基づき、気象条件に応じて上記選択を行うようにしてもよい。 For example, when the sunlight is strong, the surface and water of the water whose turbidity is to be estimated may be illuminated by strong light, and when it is cloudy, the surface and water of the water whose turbidity is to be estimated may become dark. Therefore, depending on the weather conditions, it may not be possible to accurately obtain the "average brightness" or the "edge strength" from the photographed image. In such a case, it is desirable to select the appropriate one of "average brightness" and "edge intensity" to perform turbidity estimation. In that case, standard data indicating whether "average brightness" or "edge strength" should be used for each type of weather condition is recorded in advance in the database 220, and based on the standard data, the The above selection may be made.
例えば、濁度推定部226は、外部から供給される気象条件の情報に応じて、水深-平均輝度情報D22と水深-エッジ強度情報D32のいずれか一方を用いて、濁度推定対象の水の濁度推定を行う機能を有するように構成してもよい。その際に、水深-平均輝度情報D22と水深-エッジ強度情報D32のいずれを使用するかを、基準データに基づいて判定するようにしてもよい。 For example, the turbidity estimating unit 226 uses either the water depth-average brightness information D22 or the water depth-edge intensity information D32 in accordance with information on weather conditions supplied from the outside to estimate the turbidity of the water. It may be configured to have a function of estimating turbidity. At this time, it may be determined based on reference data which of the water depth-average brightness information D22 and the water depth-edge strength information D32 to use.
また、上記気象条件の情報に応じて、第2の情報作成部225Aおよび第2の情報作成部225Bの機能のいずれか一方が無効となり、他方が有効となるように構成してもよい。また、この処理が上記基準データに基づいて行われるようにしてもよい。 Further, depending on the information on the weather conditions, one of the functions of the second information creation section 225A and the second information creation section 225B may be disabled and the other may be enabled. Further, this process may be performed based on the above reference data.
(グラフ上へのプロット)
図11で説明したテーブルG24は、ある濁度を有する水の「水深と平均輝度との関係」および「水深とエッジ強度との関係」を示すものであるが、このような情報は濁度別に作成される。
(Plot on graph)
Table G24 explained in FIG. 11 shows the "relationship between water depth and average brightness" and "relationship between water depth and edge strength" of water with a certain turbidity, but such information is Created.
図13A及び図13Bに、濁度別に作成されたテーブルG24の情報(「水深と平均輝度との関係」および「水深とエッジ強度との関係」)をグラフ上にプロットした例を示す。 FIGS. 13A and 13B show examples in which the information of table G24 created for each turbidity ("relationship between water depth and average brightness" and "relationship between water depth and edge strength") is plotted on a graph.
図13A中に示されるグラフG25は、濁度別に作成されたテーブルG13の「水深と平均輝度との関係」の情報をグラフ上に個々の点としてプロットしたものである。グラフ中、横軸は水深(cm)を示し、縦軸は平均輝度を示す。 Graph G25 shown in FIG. 13A is a graph in which the information on "relationship between water depth and average brightness" in table G13 created for each turbidity is plotted as individual points on the graph. In the graph, the horizontal axis shows water depth (cm), and the vertical axis shows average brightness.
一方、図13B中に示されるグラフG26は、濁度別に作成されたテーブルG13の「水深とエッジ強度との関係」の情報をグラフ上に個々の点としてプロットしたものである。グラフ中、横軸は水深(cm)を示し、縦軸はエッジ強度を示す。 On the other hand, a graph G26 shown in FIG. 13B is a graph in which the information on the "relationship between water depth and edge strength" of the table G13 created for each turbidity is plotted as individual points on the graph. In the graph, the horizontal axis shows water depth (cm), and the vertical axis shows edge strength.
各グラフには、濁度別に、以下の4種類のデータがプロットされている。 Each graph plots the following four types of data for each turbidity.
・採水した場所:A地区、濁度:32(度)
・採水した場所:B地区、濁度:41(度)
・採水した場所:C地区、濁度:89(度)
・採水した場所:C地区、濁度:550(度)
ただし、図13A及び図13Bに示される例は一例であって、この例に限定されるものではない。
・Water sampling location: Area A, turbidity: 32 (degrees)
・Water sampling location: B area, turbidity: 41 (degrees)
・Water sampling location: C area, turbidity: 89 (degrees)
・Water sampling location: C area, turbidity: 550 (degrees)
However, the example shown in FIGS. 13A and 13B is an example, and the present invention is not limited to this example.
例えば、より多くのデータを得るために、3つのA~C地区だけでなく、より多くの地区で水を採取してもよい。また、濁度推定対象となる水の地区が例えばA地区だけの場合は、A地区だけから水を採取するようにしてもよい。 For example, in order to obtain more data, water may be sampled not only in the three districts A to C but also in more districts. Furthermore, if the area of water targeted for turbidity estimation is, for example, only Area A, water may be sampled only from Area A.
(水深-平均輝度曲線の作成)
前述した第1の情報作成部224Aは、例えば、図13A中グラフG25上の濁度別のプロット群に基づいて、「水深と平均輝度との関係」を示す濁度別の第1の情報D21を作成する。それぞれの第1の情報D21は、グラフG25上の濁度別のプロット群そのものであってもよいが、必要に応じて調整することが望ましい。本実施形態では、これら濁度別のプロット群を、濁度別の曲線(以降、「水深-平均輝度曲線」と称す。)として表現する。その際に、最小二乗法などの手法を適用してもよい。また、濁度推定の精度低下の原因となるプロット群については、所定の補正もしくは削除を行うものとする。また、平均輝度に一定以上のばらつきがある範囲を対象に、所定の閾値を超える外れ値を除いた上で平均化を行ってもよい。
(Creation of water depth-average brightness curve)
For example, the first information creation unit 224A described above creates first information D21 for each turbidity indicating the "relationship between water depth and average brightness" based on a group of plots for each turbidity on the graph G25 in FIG. 13A. Create. Each of the first information D21 may be the plot group by turbidity on the graph G25 itself, but it is desirable to adjust it as necessary. In this embodiment, these turbidity-specific plot groups are expressed as turbidity-specific curves (hereinafter referred to as "water depth-average brightness curves"). At this time, a method such as the least squares method may be applied. In addition, a predetermined correction or deletion is performed on plot groups that cause a decrease in the accuracy of turbidity estimation. Alternatively, the averaging may be performed after removing outliers exceeding a predetermined threshold in a range where the average luminance varies by a certain amount or more.
濁度別のプロット群を、濁度別の「水深-平均輝度曲線」として表現しておくことにより、濁度推定対象となる水の「水深-平均輝度曲線」が、濁度別の「水深-平均輝度曲線」のいずれに該当するのかを、判定しやすくなる。 By expressing the plot group for each turbidity as a "water depth-average brightness curve" for each turbidity, the "water depth-average brightness curve" of the water that is the target of turbidity estimation can be expressed as a "water depth-average brightness curve" for each turbidity. - average luminance curve", it becomes easier to judge which one falls under.
(水深-エッジ強度曲線の作成)
前述した第1の情報作成部224Aは、例えば、図13B中グラフG26上の濁度別のプロット群に基づいて、「水深とエッジ強度との関係」を示す濁度別の第1の情報D31を作成する。それぞれの第1の情報31は、グラフG25上の濁度別のプロット群そのものであってもよいが、必要に応じて調整することが望ましい。本実施形態では、これら濁度別のプロット群を、濁度別の曲線(以降、「水深-エッジ強度曲線」と称す。)として表現する。その際に、最小二乗法などの手法を適用してもよい。また、濁度推定の精度低下の原因となるプロット群については、所定の補正もしくは削除を行うものとする。また、エッジ強度に一定以上のばらつきがある範囲を対象に、所定の閾値を超える外れ値を除いた上で平均化を行ってもよい。
(Creation of water depth-edge strength curve)
For example, the first information creation unit 224A described above creates first information D31 for each turbidity indicating the "relationship between water depth and edge strength" based on the plot group for each turbidity on the graph G26 in FIG. 13B. Create. Each of the first information 31 may be the plot group by turbidity on the graph G25 itself, but it is desirable to adjust it as necessary. In this embodiment, these turbidity-specific plot groups are expressed as turbidity-specific curves (hereinafter referred to as "water depth-edge intensity curves"). At this time, a method such as the least squares method may be applied. In addition, a predetermined correction or deletion is performed on plot groups that cause a decrease in the accuracy of turbidity estimation. Alternatively, the averaging may be performed after removing outliers exceeding a predetermined threshold value in a range where the edge strength varies by a certain amount or more.
濁度別のプロット群を、濁度別の「水深-エッジ強度曲線」として表現しておくことにより、濁度推定対象となる水の「水深-エッジ強度曲線」が、濁度別の「水深-エッジ強度曲線」のいずれに該当するのかを、判定しやすくなる。 By expressing the plot group for each turbidity as a "water depth-edge strength curve" for each turbidity, the "water depth-edge strength curve" of the water that is the target of turbidity estimation can be expressed as a "water depth-edge strength curve" for each turbidity. - It becomes easier to determine which edge strength curve it corresponds to.
(濁度推定装置2の動作例)
次に、図14を参照して、図12に示されるデータベース220を作成するための処理手順の一例を説明する。なお、以下の説明において、第1の情報作成部224Aおよび第1の情報作成部224Bは、一体化された形で各種の処理を行うように構成されていてもよい。
(Example of operation of turbidity estimation device 2)
Next, an example of a processing procedure for creating the database 220 shown in FIG. 12 will be described with reference to FIG. 14. In the following description, the first information creation section 224A and the first information creation section 224B may be configured to perform various processes in an integrated manner.
例えばM種類の濁度の異なる複数種類の河川水が取得され(ステップS31)、M種類の濁度別に、白いプレート(白プレート)103を沈めた容器に河川水が入れられ、水深N種類の撮影画像(例えば、RGB表色系の画像)を取得する処理が行われる(ステップS32)。 For example, multiple types of river water with different M types of turbidity are obtained (step S31), and the river water is poured into a container in which a white plate (white plate) 103 is submerged for each M type of turbidity. A process of acquiring a photographed image (for example, an RGB color system image) is performed (step S32).
以降、取得された「濁度M種類×水深N種類」の撮影画像につき、第1の情報作成部224Aおよび第1の情報作成部224Bにより各種の処理が行われる。 Thereafter, various processes are performed by the first information creation unit 224A and the first information creation unit 224B on the acquired captured images of “M types of turbidity×N types of water depth”.
第1の情報作成部224Aおよび第1の情報作成部224Bは、「濁度M種類×水深N種類」の撮影画像を得ると、各撮影画像からモノクロ画像を生成する(ステップS33)。 When the first information creation unit 224A and the first information creation unit 224B obtain captured images of “turbidity M types×water depth N types”, they generate a monochrome image from each captured image (step S33).
次に、第1の情報作成部224Aおよび第1の情報作成部224Bは、各撮影画像(HSV変換後の各H画像)内に注視領域(ROI)を設定する(ステップS34)。 Next, the first information creation unit 224A and the first information creation unit 224B set a region of interest (ROI) in each captured image (each H image after HSV conversion) (step S34).
次に、第1の情報作成部224Aおよび第1の情報作成部224Bは、各H画像においてROI内画素から平均輝度およびエッジ強度を抽出する処理を行う(ステップS35)。 Next, the first information creation unit 224A and the first information creation unit 224B perform a process of extracting the average brightness and edge strength from the pixels in the ROI in each H image (step S35).
最後に、第1の情報作成部224Aは、濁度別に抽出した水深毎の平均輝度を用いて、濁度別の「水深-平均輝度曲線」(第1の情報D21に相当)を作成し、第1の情報作成部224Bは、濁度別に抽出した水深毎の平均輝度を用いて、濁度別の「水深-平均輝度曲線」(第1の情報D31に相当)を作成し、これらを用いてデータベース220を構築する(ステップS36)。 Finally, the first information creation unit 224A creates a "water depth-average brightness curve" for each turbidity (corresponding to the first information D21) using the average brightness for each water depth extracted for each turbidity, The first information creation unit 224B creates a "water depth-average brightness curve" for each turbidity (corresponding to the first information D31) using the average brightness for each water depth extracted for each turbidity, and uses these The database 220 is constructed (step S36).
次に、図15を参照して、濁度推定対象の水の濁度を推定するための処理手順の一例を説明する。なお、以下の説明において、第2の情報作成部225Aおよび第2の情報作成部225Bは、一体化された形で各種の処理を行うように構成されていてもよい。 Next, with reference to FIG. 15, an example of a processing procedure for estimating the turbidity of water as a turbidity estimation target will be described. In the following description, the second information creation section 225A and the second information creation section 225B may be configured to perform various processes in an integrated manner.
例えば水源がある現場100には、水源の水が通水する所定の容器が設置されており、監視カメラ11により容器内の水の水面が常時撮影され、「水深N種類」の撮影画像が生成される(ステップS41)。生成された「水深N種類」の撮影画像は、管理装置1から濁度推定装置2へ伝送される。 For example, at a site 100 where there is a water source, a predetermined container is installed through which the water from the water source flows, and the surveillance camera 11 constantly photographs the water surface in the container to generate photographed images of "N types of water depths". (Step S41). The generated captured images of "N types of water depths" are transmitted from the management device 1 to the turbidity estimation device 2.
以降、取得された「水深N種類」の撮影画像につき、第2の情報作成部225Aおよび第2の情報作成部225Bにより各種の処理が行われ、最後に濁度推定部223により濁度推定の処理が行われることになる。 Thereafter, the second information creation unit 225A and the second information creation unit 225B perform various processes on the captured images of “N types of water depths” that have been acquired, and finally the turbidity estimation unit 223 performs turbidity estimation. Processing will take place.
第2の情報作成部225Aおよび第2の情報作成部225Bは、「水深N種類」の撮影画像を得ると、各撮影画像の色空間をRGBからHSVに変換する(ステップS42)。 When the second information creation unit 225A and the second information creation unit 225B obtain photographed images of “N types of water depths”, they convert the color space of each photographed image from RGB to HSV (step S42).
次に、第2の情報作成部225Aおよび第2の情報作成部225Bは、各撮影画像(HSV変換後の各H画像)内に注視領域(ROI)を設定する(ステップS43)。 Next, the second information creation unit 225A and the second information creation unit 225B set a region of interest (ROI) in each captured image (each H image after HSV conversion) (step S43).
次に、気象条件に応じて、第2の情報作成部225Aまたは第2の情報作成部225Bが、各H画像においてROI内画素から平均輝度またはエッジ強度を抽出する処理を行う(ステップS44)。 Next, depending on the weather conditions, the second information creation unit 225A or the second information creation unit 225B performs a process of extracting the average brightness or edge strength from pixels within the ROI in each H image (step S44).
次に、第2の情報作成部225Aまたは第2の情報作成部225Bは、抽出した水深毎の平均輝度またはエッジ強度を用いて、濁度推定対象の水の「水深-平均輝度情報」(第2の情報D22に相当)または濁度推定対象の水の「水深-エッジ強度情報」(第2の情報D32に相当)を作成する(ステップS45)。 Next, the second information creation unit 225A or the second information creation unit 225B uses the extracted average brightness or edge strength for each water depth to generate “water depth-average brightness information” (the (corresponding to the second information D22) or "water depth-edge strength information" (corresponding to the second information D32) of the water whose turbidity is to be estimated (step S45).
最後に、濁度推定部226は、濁度推定対象の水の「水深-平均輝度情報」を、濁度別の「水深―平均輝度曲線」上にプロットし、重なりが最大となる「水深―平均輝度曲線」(情報D23に相当)を特定し、特定した「水深―平均輝度曲線」の属性情報から、濁度推定対象の水の濁度を求めて表示装置などに出力するか、または、濁度推定部226は、濁度推定対象の水の「水深-エッジ強度情報」を、濁度別の「水深―エッジ強度曲線」上にプロットし、重なりが最大となる「水深―エッジ強度曲線」(情報D33に相当)を特定し、特定した「水深―エッジ強度曲線」の属性情報から、濁度推定対象の水の濁度を求めて表示装置などに出力する(ステップS46)。 Finally, the turbidity estimating unit 226 plots the "water depth-average brightness information" of the water whose turbidity is to be estimated on the "water depth-average brightness curve" for each turbidity, and plots the "water depth-average brightness information" of the water whose turbidity is to be estimated on the "water depth-average brightness curve" for each turbidity. The turbidity of the water to be estimated is determined from the attribute information of the identified "water depth-average brightness curve" (corresponding to information D23), and outputted to a display device, etc.; The turbidity estimating unit 226 plots the "water depth-edge strength information" of the water whose turbidity is to be estimated on the "water depth-edge strength curve" for each turbidity, and determines the "water depth-edge strength curve" with the maximum overlap. ” (corresponding to information D33), and from the attribute information of the specified “water depth-edge strength curve”, the turbidity of the water to be estimated is outputted to a display device or the like (step S46).
第2の実施形態によれば、ダムや河川に設置した監視カメラの撮影画像から得られる輝度および水深の情報に基づき、もしくは、エッジ強度および水深の情報に基づき、現場の水の濁度を推定することが可能になる。そのため、リモートセンシングにて現場の水の濁度を把握することが可能となり、人が現場に赴いて濁度計を用いた濁度計測を行うことが不要となる。また、撮影画像から得られる輝度および水深の情報に基づき、もしくは、エッジ強度および水深の情報に基づき、水源における濁度変化をタイムリーに把握することが可能になるので、水源において発生しうる過度の濁りを早期に検知でき、例えば下流の浄水場における効率的な浄水オペレーションが可能となる。 According to the second embodiment, the turbidity of water at the site is estimated based on brightness and water depth information obtained from images captured by surveillance cameras installed in dams and rivers, or based on edge strength and water depth information. It becomes possible to do so. Therefore, it becomes possible to grasp the turbidity of water at the site using remote sensing, and there is no need for people to go to the site and measure turbidity using a turbidity meter. In addition, it is possible to timely understand turbidity changes in water sources based on brightness and water depth information obtained from photographed images, or based on edge strength and water depth information, so that excessive turbidity can be detected at an early stage, enabling efficient water purification operations at downstream water treatment plants, for example.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1,3…管理装置、2…濁度推定装置、11…監視カメラ(撮像装置)、21…受信部、22…処理部、23…入力部、24…表示部、25…記憶部、26…送信部、31…薬剤制御部、100…現場、101,101A,101B…容器、102,103…部材、220…データベース、221…第1の情報作成部(濁度別の水深-色相情報作成部)、222…第2の情報作成部(濁度推定対象の水深-色相情報作成部)、223…濁度推定部、224A…第1の情報作成部(濁度別の水深-平均輝度情報作成部)、225A…第2の情報作成部(濁度推定対象の水深-平均輝度情報作成部)、224B…第1の情報作成部(濁度別の水深-エッジ強度情報作成部)、225B…第2の情報作成部(濁度推定対象の水深-エッジ強度情報作成部)、226…濁度推定部、300…水処理施設、301…池(混和池など)、302…薬剤注入装置(凝集剤注入装置など)、303…攪拌装置。 1, 3... Management device, 2... Turbidity estimation device, 11... Surveillance camera (imaging device), 21... Receiving section, 22... Processing section, 23... Input section, 24... Display section, 25... Storage section, 26... Transmission unit, 31... Drug control unit, 100... Site, 101, 101A, 101B... Container, 102, 103... Member, 220... Database, 221... First information creation unit (water depth-hue information creation unit by turbidity) ), 222...Second information creation section (water depth-hue information creation section for turbidity estimation), 223...Turbidity estimation section, 224A...first information creation section (water depth-average brightness information creation section by turbidity) section), 225A...second information creation section (water depth-average brightness information creation section for turbidity estimation), 224B...first information creation section (water depth-edge intensity information creation section by turbidity), 225B... 2nd information creation section (water depth-edge strength information creation section for turbidity estimation), 226...Turbidity estimation section, 300...Water treatment facility, 301...Pond (mixing pond, etc.), 302...Medicine injection device (coagulation agent injection device, etc.), 303... Stirring device.
Claims (15)
濁度推定対象の水を異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる水深の異なる複数の撮影画像複数の撮影画像に基づいて、水深と前記特徴量との関係を示す第2の情報を作成する第2の情報作成部と、
前記濁度別の第1の情報と前記第2の情報とを用いて、前記濁度推定対象の水の濁度を推定する濁度推定部と
を具備する、濁度推定装置。 A first method that shows the relationship between water depth and a predetermined feature amount based on a plurality of captured images obtained by photographing a plurality of waters with different turbidities from above the water surface at different water depths. a first information creation unit that creates information for each turbidity;
A plurality of photographed images at different water depths obtained by photographing the water to be estimated for turbidity from above the water surface at different water depths. Second information indicating the relationship between the water depth and the feature amount is obtained based on the plurality of photographed images. a second information creation unit that creates;
A turbidity estimating device, comprising: a turbidity estimation unit that estimates the turbidity of the water to be estimated, using the first information for each turbidity and the second information.
前記特徴量として色相の情報を撮影画像から求め、
前記第1の情報として、水深と色相との関係を示す水深-色相情報を濁度別に作成し、
前記第2の情報作成部は、
前記第2の情報として、水深と色相との関係を示す水深-色相情報を作成する、
請求項1に記載の濁度推定装置。 The first information creation unit includes:
Obtaining hue information as the feature quantity from the photographed image,
As the first information, water depth-hue information indicating the relationship between water depth and hue is created for each turbidity,
The second information creation unit includes:
creating water depth-hue information indicating a relationship between water depth and hue as the second information;
The turbidity estimation device according to claim 1.
前記特徴量として輝度の情報を撮影画像から求め、
前記第1の情報として、水深と輝度との関係を示す水深-輝度情報を濁度別に作成し、
前記第2の情報作成部は、
前記第2の情報として、水深と輝度との関係を示す水深-輝度情報を作成する、
請求項1に記載の濁度推定装置。 The first information creation unit includes:
Obtaining brightness information from the captured image as the feature amount,
As the first information, water depth-brightness information indicating the relationship between water depth and brightness is created for each turbidity,
The second information creation unit includes:
As the second information, water depth-brightness information indicating a relationship between water depth and brightness is created;
The turbidity estimation device according to claim 1.
前記特徴量としてエッジ強度の情報を撮影画像から求め、
前記第1の情報として、水深とエッジ強度との関係を示す水深-エッジ強度情報を濁度別に作成し、
前記第2の情報作成部は、
前記第2の情報として、水深とエッジ強度との関係を示す水深-エッジ強度情報を作成する、
請求項1に記載の濁度推定装置。 The first information creation unit includes:
Obtaining edge strength information from the captured image as the feature amount,
As the first information, water depth-edge strength information indicating the relationship between water depth and edge strength is created for each turbidity,
The second information creation unit includes:
As the second information, water depth-edge strength information indicating a relationship between water depth and edge strength is created;
The turbidity estimation device according to claim 1.
前記特徴量としてエッジ強度の情報を撮影画像から求め、
前記第1の情報として、水深とエッジ強度との関係を示す水深-エッジ強度情報を濁度別に作成し、
前記第2の情報作成部は、
前記第2の情報として、水深とエッジ強度との関係を示す水深-エッジ強度情報を作成し、
前記濁度推定部は、
気象条件に応じて、水深-輝度情報と水深-エッジ強度情報のいずれか一方を用いて、前記濁度推定対象の水の濁度推定を行う、
請求項6に記載の濁度推定装置。 The first information creation unit further includes:
Obtaining edge strength information from the captured image as the feature amount,
As the first information, water depth-edge strength information indicating the relationship between water depth and edge strength is created for each turbidity,
The second information creation unit includes:
As the second information, create water depth-edge strength information indicating the relationship between water depth and edge strength,
The turbidity estimating unit is
Estimating the turbidity of the water of the turbidity estimation target using either water depth-luminance information or water depth-edge strength information according to weather conditions;
The turbidity estimation device according to claim 6.
前記濁度推定対象の水を収容し、水面から水底又は所定の部材までの水深がそれぞれ異なる1つ又は複数の容器と、
前記容器に収容される前記濁度推定対象の水を異なる水深毎に水面の上から撮影し、水深の異なる複数の撮影画像を生成する撮像装置と、
を具備する、濁度推定システム。 The turbidity estimation device according to any one of claims 1 to 8,
One or more containers containing the water whose turbidity is to be estimated and each having a different water depth from the water surface to the water bottom or a predetermined member;
an imaging device that photographs the water to be estimated for turbidity contained in the container from above the water surface at different water depths, and generates a plurality of photographed images at different water depths;
A turbidity estimation system comprising:
請求項9に記載の濁度推定システム。 the container is one container that includes the predetermined member inside thereof;
The turbidity estimation system according to claim 9.
請求項10に記載の濁度推定システム。 the predetermined member is a member having a horizontal surface;
The turbidity estimation system according to claim 10.
請求項10に記載の濁度推定システム。 The predetermined member is a member having a plurality of horizontal surfaces of different heights,
The turbidity estimation system according to claim 10.
前記推定された濁度に応じて、水処理施設での薬剤の注入を制御する薬剤制御部と
を具備する、薬剤注入制御システム。 The turbidity estimation device according to any one of claims 1 to 8,
A chemical injection control system, comprising: a chemical control unit that controls injection of a chemical in a water treatment facility according to the estimated turbidity.
濁度の異なる複数種類の水をそれぞれ異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる濁度別の水深の異なる複数の撮影画像に基づいて、水深と所定の特徴量との関係を示す第1の情報を濁度別に作成することと、
濁度推定対象の水をそれぞれ異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる水深の異なる複数の撮影画像に基づいて、水深と前記特徴量との関係を示す第2の情報を作成することと、
前記濁度別の第1の情報と前記第2の情報とを用いて、前記濁度推定対象の水の濁度を推定することと
を含む、濁度推定方法。 A turbidity estimation method executed by a turbidity estimation device,
Based on multiple captured images obtained by photographing multiple types of water with different turbidities from above the water surface at different water depths, a graph showing the relationship between water depth and a predetermined feature quantity is obtained. Creating the information in 1 for each turbidity,
Creating second information indicating the relationship between the water depth and the feature amount based on a plurality of captured images obtained by photographing the water to be estimated for turbidity from above the water surface at different depths. and,
A turbidity estimation method, comprising: estimating the turbidity of the water of the turbidity estimation target using the turbidity-specific first information and the second information.
濁度の異なる複数種類の水をそれぞれ異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる濁度別の水深の異なる複数の撮影画像に基づいて、水深と所定の特徴量との関係を示す第1の情報を濁度別に作成する機能と、
濁度推定対象の水を異なる水深毎に水面の上から撮影して得られる水深の異なる複数の撮影画像に基づいて、水深と前記特徴量との関係を示す第2の情報を作成する機能と、
前記濁度別の第1の情報と前記第2の情報とを用いて、前記濁度推定対象の水の濁度を推定する機能と
を実現させるためのプログラム。 to the computer,
Based on multiple captured images obtained by photographing multiple types of water with different turbidities from above the water surface at different water depths, a graph showing the relationship between water depth and a predetermined feature quantity is obtained. A function to create information on 1 by turbidity,
a function of creating second information indicating a relationship between water depth and the feature amount based on a plurality of captured images obtained by photographing the water whose turbidity is to be estimated from above the water surface at different water depths; ,
A program for realizing a function of estimating the turbidity of water of the turbidity estimation target using the turbidity-specific first information and the second information.
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JP2022145445A JP2024040830A (en) | 2022-09-13 | 2022-09-13 | Turbidity estimation apparatus, turbidity estimation system, drug injection control system, turbidity estimation method, and program |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118307109A (en) * | 2024-06-11 | 2024-07-09 | 陕西省水务集团水处理设备有限公司 | Dosing control method in water treatment process based on machine vision |
-
2022
- 2022-09-13 JP JP2022145445A patent/JP2024040830A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN118307109A (en) * | 2024-06-11 | 2024-07-09 | 陕西省水务集团水处理设备有限公司 | Dosing control method in water treatment process based on machine vision |
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