JP3373668B2 - 重機接近監視システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、クレーンなどの重機
の架空送電線への接近を、監視するものである。クレー
ンなどの重機が物体の把握、搬送などを行なう場合、近
傍にある送電線や鉄塔などに接触しないようにしなけれ
ばならない。特に、送電線が問題である。高さが重機の
高さに近いし、地面に連続する足のようなものがないの
で、重機との接近が分かりにくいからである。重機と送
電線の間の接近を自動的に監視するものが重機接近監視
システムである。

【０００２】

【従来の技術】このシステムは多眼視カメラにより対象
物の三次元座標を求める多眼視計測法を利用している。
多眼視カメラとは、３台以上のカメラを、レンズの光軸
が平衡、レンズの位置が光軸に垂直な一直線上に配置
し、焦点もこの直線に平行な一直線上にあるように並べ
たカメラ群である。多眼視計測法とは、多眼視カメラに
おいて、各カメラ画像上に映る同一物体の特徴点を、多
眼視の原理により同定し、両眼立体視により、三次元座
標を求めるものである。多眼視計測は両眼立体視に基礎
を置く計測法である。始めに両眼立体視を説明する。

【０００３】両眼立体視とは、２台のカメラで得られた
画像において、一方のカメラ画像上の座標ｐ₁ （ｘ₁ ，
ｙ₁ ）に映る物体上のある一点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が、他
方のカメラ画像上に映る座標ｐ₂ （ｘ₂ ，ｙ₂ ）を求
め、一方のカメラレンズの焦点位置を座標原点Ｏ、光軸
方向をＺとした座標系における他方のカメラレンズの焦
点位置（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ，α，β，γ）と、前記の
（ｘ₁ ，ｙ₁ ）、（ｘ₂ ，ｙ₂ ）より、点Ｐ（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）の三次元座標を求める方法である。両眼立体視につ
いて更に説明を加える。まずカメラ座標系を、図８に示
すように、座標原点Ｏがカメラレンズの焦点、Ｚ軸がレ
ンズ光軸であるように置く。第１のカメラ画像上の座標
ｐ₁ （ｘ₁ ，ｙ₁ ）に映る点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の三次元
座標は（１）のように表すことが出来る。

【０００４】

【数１】

【０００５】一方、第２のカメラレンズの焦点に座標原
点Ｏ₂ 、光軸方向にＺ₂ 軸をおいた座標系では、点Ｐ
（Ｘ₂ ，Ｙ₂ ，Ｚ₂ ）は（２）式のように表すことが出
来る。

【０００６】

【数２】

【０００７】但し、 Ａ＝ＲＴ＝Ｒ_x Ｒ_y Ｒ_z Ｔ （３）

【０００８】

【数４】

【０００９】

【数５】

【００１０】

【数６】

【００１１】

【数７】

【００１２】また点Ｐの第２のカメラ画像上に映る座標
ｐ₂ （ｘ₂ ，ｙ₂ ）は（８）式によって表すことが出来
る。

【００１３】

【数８】

【００１４】式（２）、（８）より、

【００１５】

【数９】

【００１６】ここで、

【００１７】

【数１０】

【００１８】と書くと、（９）式の第３行目の式は、具
体的に書くと、 ｆ＝（Ｚ／Ｚ₂ ）｛ａ₃₁ｘ₁ ＋ａ₃₂ｙ₁ ＋ａ₃₃ｆ＋ａ₃₄（ｆ／Ｚ）｝ （１１） となるので、

【００１９】 （Ｚ／Ｚ₂ ）＝ｆ｛ａ₃₁ｘ₁ ＋ａ₃₂ｙ₁ ＋ａ₃₃ｆ＋ａ₃₄（ｆ／Ｚ）｝^-1（１２） ゆえに（９）式の第１行目と第２行目目の式は、

【００２０】

【数１３】

【００２１】

【数１４】

【００２２】と表すことができる。これを整理して、

【００２３】

【数１５】

【００２４】但し、 Ａ＝ａ₃₁ｘ₁ ＋ａ₃₂ｙ₁ ＋ａ₃₃ｆ （１６） Ｂ＝ａ₁₁ｘ₁ ＋ａ₁₂ｙ₁ ＋ａ₁₃ｆ （１７） Ｃ＝ａ₂₁ｘ₁ ＋ａ₂₂ｙ₁ ＋ａ₂₃ｆ （１８）

【００２５】である。式（１５）によって表される直線
をエピポ−ララインと呼ぶ。これは第１カメラの対象物
に対応する点ｐ₁ が，第２のカメラの画面上に存在する
範囲を示す。またｐ₁ 、ｐ₂ の距離を視差（ｄｉｓｐａ
ｒｉｔｙ）と呼ぶ。後述するように多眼視の原理による
対応付けにより、ｐ₁ に対応するｐ₂ を求めることがで
きる。ｐ₂ を決めることができると、式（１）、（１
３）、（１４）により、点Ｐの三次元座標を求めること
ができる。以上に説明したものが、両眼立体視である。
従来の三角測量の原理とは違うことに注意するべきであ
る。

【００２６】多眼視計測は、特開昭６４−１６９０７号
に提案されている。図６によって説明する。例えば５つ
のカメラが、Ｘ軸上に等間隔（距離Ｄ）に設置される。
カメラの視線は全て平行（Ｚ方向）であるとする。この
図では、カメラの画面と、レンズの関係が反対に書かれ
ている。計算の便宜のためである。対象点Ｐの画面上の
点が、Ｑ₁ 、Ｑ₂ …、とする。カメラの中心をＯ₁ 、Ｏ
₂ …とする。全体の座標系の原点を、いずれかのカメラ
の中心に合致させる。

【００２７】例えばＯ₁ を全体の座標系原点とする。こ
れと、対象点Ｐを結んだ直線が、画面と交差する点が、
前記のＱ₁ 、Ｑ₂ …である。これの二次元座標が、各カ
メラ画面上で定義できる。ｙ座標は全て共通である。し
かし、ｘ座標は少しずつ異なる。カメラの設置位置のｘ
座標が異なるからである。カメラの焦点距離をｆとする
と、ｚ＝ｆＤ／（ｘ₁ −ｘ₂ ）＝ｆＤ／（ｘ₂ −ｘ₃ ）
＝…などの式が成り立つ。これらから、正確に対象点の
ｚ座標がわかる。また、ｚ座標が確定するので、ｘ座標
も正確に計算することができる。ｙ座標は、全てのカメ
ラに共通であるが、これにｚ／ｆを掛けて求める事がで
きる。以上が多眼視計測の原理である。

【００２８】多眼視の原理についてさらに説明を加え
る。ここでは簡単にするために、カメラを３台にした場
合について説明する。図９のように、３台のカメラをレ
ンズの光軸が互いに平行、レンズの位置が光軸に垂直な
一直線に配置する。第１のカメラレンズの焦点位置が座
標原点Ｏとする。光軸方向をＺとした座標系において、
第２カメラの焦点位置を（ｄｘ₁ ，ｄｙ₁ ，ｄｚ₁ ）と
し、第３カメラの焦点位置を（ｄｘ₂ ，ｄｙ₂ ，ｄｚ
₂ ）とする。第２、第３のカメラの光軸の方向のベクト
ルを（α₁ ，β₁ ，γ₁ ）、（α₂ ，β₂ ，γ₂ ）とす
る。３台のカメラがＸＺ面上にあり、レンズ焦点位置が
位置直線上にあるので、

【００２９】α₁ ＝β₁ ＝γ₁ ＝０ （１９） α₂ ＝β₂ ＝γ₂ ＝０ （２０） ｄｘ₂ ＝ｋｄｘ₁ （２１） ｄｙ₂ ＝ｋｄｙ₁ （２２） ｄｚ₂ ＝ｄｚ₁ ＝０ （２３）

【００３０】が成り立つ。ここでｋは比例定数である。
物体上のある一点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が各々のカメラに映
る点をｐ₁ （ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）、ｐ₂ （ｘ₂ ，ｙ₂ ，
ｚ₂ ）、ｐ₃ （ｘ₃ ，ｙ₃ ，ｚ₃ ）とすると、

【００３１】 ｘ₂ ＝ｘ₁ −（ｆ／Ｚ）ｄｘ₁ （２４） ｙ₂ ＝ｙ₁ −（ｆ／Ｚ）ｄｙ₁ （２５） ｘ₃ ＝ｘ₁ −（ｆ／Ｚ）ｄｘ₂ ＝ｘ₁ −（ｋｆ／Ｚ）ｄ
ｘ₁ （２６） ｙ₃ ＝ｙ₁ −（ｆ／Ｚ）ｄｙ₂ ＝ｙ₁ −（ｋｆ／Ｚ）ｄ
ｙ₁ （２７）

【００３２】というふうに表すことができる。ｐ₁ とｐ
₂ の視差ｄｉｓｐ₁₂、ｐ₁ とｐ₃ の視差ｄｉｓｐ₁₃は次
の式によって与えられる。

【００３３】 ｄｉｓｐ₁₂＝｛（ｘ₂ −ｘ₁ ）² ＋（ｙ₂ −ｙ₁ ）² ｝^1/2 ＝（ｆ／Ｚ）ｄｘ₁ （２８） ｄｉｓｐ₁₃＝｛（ｘ₃ −ｘ₁ ）² ＋（ｙ₃ −ｙ₁ ）² ｝^1/2 ＝（ｋｆ／Ｚ）ｄｘ ₁ （２９）

【００３４】つまり，式（２８）、（２９）の条件を満
たす特徴点の組は全て、同一物体上の同一点の、各カメ
ラへの投影点であるということが言える。よって、多眼
視カメラにおいて、一つのカメラ画像上の特徴点の、別
のカメラ画像上におけるエピポ−ララインの傾きは、式
（１５）より、カメラ配列に平行な直線となることが分
かる。例えばカメラを走査線と平行に配置した場合、エ
ピポ−ララインも走査線に平行な直線となる。以上が多
眼視の原理である。

【００３５】これを実際のものの三次元計測に適用する
には、画像処理と、特徴点抽出を行なう。同一の対象点
Ｐを撮像し、それぞれのカメラ入力画像を、画像処理
し、特徴点を抽出し、異なるカメラ間で同一の特徴点が
画像上のどの位置に対応するかにより、特徴点までの距
離と方向を求める。つまり、ある基準に準拠して定めた
座標系において、その特徴点の三次元座標を決定するこ
とができる。特徴点を結ぶことにより対象物の外形、輪
郭を三次元的に決定することができる。重機の位置も同
様な画像処理により三次元座標を決定する事ができる。
従って対象物（送電線）と、重機（クレーン）の三次元
的な距離を求めることができるのである。これにより、
重機と送電線の接近を検出する事ができる。

【００３６】そこで静止状態にある送電線の座標を確定
し、静止送電線の周りに円筒形の空間を想定し、これを
危険エリアと定義する。ここに物体が入った時に、危険
であるとして警報を出すようにする。送電線は一次元的
なものであるから、この周りに一定半径になるように定
義された危険エリアは、やはり線形のものである。しか
しこれは本質的に三次元座標で定義された、三次元の危
険エリアである。危険エリアは一つとは限らない。２重
に同心状に設けることもできる。三重に設けることもで
きる。ここでは簡単のため、危険エリアは一重であると
して説明する。

【００３７】このように固定された危険エリアを一旦決
めると、次のような欠点がある。送電線自体が風によっ
て搖れた時に、送電線が危険エリアに内側から入る。こ
れは全く差し支えのないことである。監視装置は、電線
以外の物体が外から危険エリアに進入するか、電線が内
から危険エリアに入るのかの区別ができない。だから、
風に搖れる送電線が危険エリアに進入した時でも、何物
かが送電線に接近したということになり、警報を発す
る。送電線自体が危険エリアにあっても何ら差し支えな
いのである。しかし、監視システムは、危険エリアの内
部にあるものが、送電線であるのか他の物体であるのか
を判別できない。このために風に搖れる送電線により、
監視装置が誤動作してしまう。

【００３８】これを解決するには、揺れ動く送電線の周
りに送電線を中心として動的な危険エリアを設ければ良
いはずである。そうすれば、送電線の搖れに追随して危
険エリアが変動するので、危険エリアには送電線が入る
はずがない。しかし、危険エリアを時時刻刻変更するこ
とは、計算速度、記憶容量能の制限により不可能であ
る。別異の手段を考える必要がある。このような誤動作
を回避するために、本発明者は、三次元不感帯を用いる
方法を発明した（特願平５−１９５４４１号）。危険エ
リアの内部に更に狭い円筒形の空間を送電線周りに想定
する。ここに物体が入っても、警報を発しないものとす
る。送電線が、この空間内で搖れていても警報が出な
い。送電線の搖れによる誤動作を防止することができ
る。対象物の存在を感じないので、この狭い空間を、不
感帯と名付ける。

【００３９】これも三次元的な円筒状の空間である。電
線の周囲、半径Ｇの空間を不感帯とし、半径Ｂの空間を
危険エリアとする（Ｇ＜Ｂ）のである。送電線の搖れの
最大値以上にＧを決め、危険な接近の最大値程度にＢを
決めておけばよい。三次元危険エリアと、三次元不感帯
の組合せにより送電線の搖れによる誤動作を避けること
ができるはずである。

【００４０】

【発明が解決しようとする課題】前記の特願平５−１９
５４４１号は、三次元の危険エリアと三次元の不感帯と
を送電線の周りに同心状に設定して（図７に示す）、何
物かが危険エリアの内部にあっても、不感帯の内部であ
れば、これは送電線に過ぎないものとし、警報を発しな
い。これは送電線の位置を三次元的に的確に決定できる
のであれば極めて有効な方法である。

【００４１】しかし例えば、水平に配列した多眼視カメ
ラを用いて、送電線のように水平に近く、一次元的な広
がりを持つ物体の三次元座標を計測すると、誤差を生ず
ることがある。この点についてさらに説明を加える。多
眼視計測法とは、多眼視カメラにおいて、各カメラ画像
上に映る同一物体の特徴点を、多眼視の原理により同定
し、両眼立体視法により、三次元座標を求めるものであ
る。

【００４２】多眼視カメラにおいて、一つのカメラ画像
上の特徴点に対応する、別のカメラ画像上の特徴点が存
在し得る範囲を示すエピポ−ララインは、多眼視カメラ
の配列に平行である。よって多眼視カメラの配列に平行
な特徴点は、各々のカメラのエピポ−ラライン上に並
ぶ。すると一つのカメラ画像上の特徴点に対応する他方
のカメラ画像上の特徴点が多数存在し、唯一の組合せを
求めることができない。また、多眼視カメラにおいて、
レンズの位置が、光軸に垂直な一直線に対し、ずれて配
置されていた場合、多眼視カメラの配列に対して平行に
近く並ぶ特徴点では計測を誤る。

【００４３】以下に多眼視カメラをカメラの走査線方向
に並べた例を用いて説明する。図１を用いて説明する。
エピポ−ララインと走査線は平行である。図１（ａ）は
走査線に対し平行に近い物体の計測を示す。破線がずれ
のない場合の特徴点を示す。実線が光軸ずれのある場合
の物体の特徴点を示す。左のカメラの特徴点をＰ_L 、右
のカメラの特徴点をＰ_R とする。右のカメラについて光
軸のずれがあるとする。一点鎖線がエピポ−ララインで
ある。エピポ−ララインは多眼視カメラの配列に平行で
ある。光軸のずれが僅かであっても、エピポ−ラライン
と物体の特徴点の交点が著しく相違する。ずれのない場
合の特徴点がＰ_R である。ずれのある場合の特徴点がＰ
_R'である。これらの間にはエピポ−ララインに平行な方
向に大きなずれ量を発生する。ためにＰ_L とＰ_R の視差
を大きく誤り、計測値に大きな誤差を生ずる。

【００４４】（ｂ）は走査線に対し垂直に近い物体の計
測を示す。破線が光軸のずれのない場合の特徴点を示
す。実線が光軸ずれのある場合の物体の特徴点を示す。
左のカメラの特徴点をＰ_L 、右のカメラの特徴点をＰ_R
とする。右のカメラについて、光軸のずれがあるとす
る。一点鎖線がエピポ−ララインである。エピポ−ララ
インは多眼視カメラの配列に平行である。光軸のずれが
あっても、エピポ−ララインと、物体の特徴点の交点は
あまり変わらない。ずれのない場合の特徴点がＰ_Rであ
る。ずれのある場合の特徴点がＰ_R'である。これらの間
には大きい違いはない。Ｐ_L とＰ_R の視差を大きく誤る
ことなく、計測値に大きい誤差を生じない。

【００４５】上に述べたものは、多眼視カメラによる多
眼視計測において、カメラの光軸にずれがある場合、カ
メラ配列に平行に近い物体に対して誤計測しやすく、ま
たカメラの光軸にずれがない場合も、カメラ配列に平行
な物体に対しては誤計測するという理由である。カメラ
の光軸にずれがある場合には、エピポ−ララインに垂直
な成分に関する誤差が、エピポ−ララインに平行な特徴
点列に対して、誤動作を引き起こしやすい。

【００４６】重機は送電線の近くで作業している。重機
接近監視システムは、重機と送電線の座標を計測する。
重機接近監視システムの多眼視カメラは水平に接地され
ることが多いために、送電線は画面上で平行に映ること
が多い。重機は垂直に映ることが多い。多眼視カメラを
送電線が平行である場合、送電線の三次元座標を誤計測
する。また、多眼視カメラの光軸がずれており、かつ多
眼視カメラと送電線が平行に近い場合も、送電線の三次
元座標を誤計測する。

【００４７】ある送電線ｈの周りに三次元危険エリアＢ
を設定しようとしても、送電線の三次元座標を誤計測す
ると、Ｂを実際の送電線の周囲に設定することができな
い。また、送電線以外の物体でも、多眼視カメラ配列に
平行に近い物体Ｗに対しても同じことがいえる。送電線
が多眼視カメラと平行でなく、三次元座標計測が正確に
行なえて、送電線の周囲に正しく危険エリアが設定され
たとする。物体Ｗは危険エリアの外にあるのに、物体Ｗ
の距離計測を誤り、危険エリア内にあると判断し、警報
を出してしまうということがある。

【００４８】具体的には、注意喚起用に設置された防護
ロ−プに取り付けられた旗が、水平に近い形状で画面に
映った場合、旗が危険エリアの外であっても、誤計測し
たために危険エリア内にあると判定するような誤動作を
引き起こす可能性がある。このような誤動作を避けるよ
うな工夫が必要である。このような誤動作の問題は、多
眼視カメラの配置を一直線上ではなく、Ｔ字型や、十文
字型などにし、２方向に多眼視カメラを並べることによ
りある程度解決することができる。

【００４９】しかし例えば多眼視カメラを十文字に配置
した場合でも、次のような場合誤計測の可能性がある。
誤計測を避けるため重機の座標は、水平配列の多眼視カ
メラで計測するが、送電線も同時に画像内にある。送電
線は水平に近い。このために水平配列のカメラによって
計測すると、送電線の座標計測を誤る。よってこれも完
全でない。送電線の周りに三次元危険エリアを設けた場
合に、電線や対象物が水平に近い場合でも誤動作しない
ようにした監視装置を提供することが、本発明の目的で
ある。

【００５０】

【課題を解決するための手段】本発明は、送電線の周り
に二次元の不感帯を設定し、これに物体が進入しても異
常とせず、警報を発しないようにした。カメラの画面上
に電線の像が撮像されているとする。これの両側に二次
元の不感帯を設ける。送電線の周りに三次元の危険エリ
アがあるのは従来のものと同じである。二次元不感帯を
設けるのが本発明の特徴である。画面での座標系で二次
元不感帯を計算し指定するので、簡単な計算ですむ。こ
れとは別に三次元の不感帯を設定してもよいし、設定し
なくてもよい。

【００５１】二次元不感帯の、送電線に対する半幅をｍ
とする。全幅は２ｍである。三次元の危険エリアは半径
がｎである。直径は２ｎである。風による搖れ幅より
も、ｍを大きく決めてある。またｍ＜ｎである。二次元
不感帯にものがあっても警報を発しないようにしてい
る。外部から電線以外のものが不感帯に入る場合、まず
危険エリアを通過するので、この時に警報が出るはずで
ある。しかし送電線が風に搖れて内部から二次元不感帯
に入っても、これは直ちに検出することができる。危険
エリアは一重とは限らない。２重、３重にしてもよい。
本発明は任意の数の危険エリアに対しても同様に適用す
ることができる。

【００５２】カメラの配置は、水平一直線上に３台以上
並べる一文字配置（ｘ配置）を採用する事ができる。こ
の場合カメラのｙ座標は全て共通で、ｘ座標Ｘ₁ 、Ｘ₂
…Ｘ_n は全て異なる。最も単純には、Ｘ_j+1 −Ｘ_j ＝Ｌ
というふうに等間隔に並べるものである。或は、カメラ
は水平、垂直の２方向に並べるような配列であってもよ
い（ｘｙ型）。この場合、一つのカメラを中心にして、
十文字に配置するということもできる。中心カメラ位置
に原点を持つ座標において、ｘ軸とｙ軸の上に他のカメ
ラが並ぶことになる。

【００５３】

【作用】本発明は、次のような手順によって送電線の周
りに二次元不感帯を設定する。はじめに送電線の自動抽
出を行なう。次いで送電線の搖れ量を計測し、これを包
含できる幅の二次元不感帯を送電線の周りに設定する。

【００５４】（１）送電線の自動抽出 テレビカメラに対象物が写っている。この中に送電線が
あるとする。送電線の画像は、図２に示すように明暗の
差がはっきり現われる。線に直角の方向に明暗が変化す
る。ここに特徴点が幾つも現われる。細い線であるか
ら、ある特徴点である方向に明から暗に変化すると、其
の方向に暗から明に変化する他の特徴点が存在する。こ
うなればこの特徴点は送電線の輪郭を表わす特徴点であ
ることが明かである。このような特徴点が直線上に並ん
でいるはずである。直線上に複数の特徴点があれば、こ
れをつないで送電線画像ができる。実際には、オペレー
タが、送電線の近傍を指摘し、この指摘に基づいて送電
線の抽出を自動的に行なう。図３のように送電線の抽出
結果が与えられる。送電線は、ある方向に連続する特徴
点を与えるから、オペレータの指示がなくても自動的に
抽出するようにもできる。

【００５５】（２）画像上に於ける送電線の搖れ量の自
動計測 送電線の特徴点抽出をし、送電線の静止状態での位置が
決定できている。実際に風により電線が搖れるので、搖
れた状態にある電線の全体を同様の手法で、特徴点抽出
し位置決めすることが望ましい（全体計測）。しかし、
搖れた状態は瞬間のもので画像処理や計算が追随できな
いのであれば、搖れ計測は狭い範囲に限定する。ある狭
い領域を指定し、ここでの送電線の搖れを計測する。狭
い範囲であるから、ｔ₀ 、ｔ₁ 、ｔ₂ …での指定領域で
の送電線の位置を刻刻決定できる。送電線は前後に搖れ
るので１周期観察することにより、搖れの幅を求める事
ができる（部分計測）。これは二次元的な搖れ幅（画面
上での搖れ）であって良い。必要によりこれにさらに余
分の安全幅を加えた値を、二次元不感帯の幅とする。指
定領域において電線がαの傾きを持つとすると、ここで
ｙ方向（画面の垂直の方向）の高さとして求められた幅
にｃｏｓαを掛けることにより、搖れ幅ｍを決定するこ
とができる。

【００５６】（３）二次元不感帯の設定 揺れ幅の全体計測が可能な場合は、電線の全体にわたっ
て揺れ幅ｍが決まるので、送電線の二次元座標に、これ
らの幅を加えて二次元不感帯を決定することができる。
部分計測の場合は、指定領域だけで揺れ幅が分かってい
る。この場合、他の部分での揺れ幅は分からない。しか
し、電線は、鉄塔に両端部が支持されているので、支持
部での揺れは少ないはずである。鉄塔の位置が自動的に
決定できる場合は、鉄塔からの距離により、幅を計算す
ることができる。しかし、このような支持端からの距離
を考えるのが難しければ、送電線の全てにおいて、二次
元不感帯の幅を一定としても良い。一定幅の二次元不感
帯としても、不感帯を大きく取りすぎる事にならない。
図４は二次元不感帯を定義した画面を例示する。

【００５７】二次元不感帯は、送電線をある画面に投影
し、この画面での二次元座標で定義される。従って、同
じ幅を取っても、異なるカメラに於ける像においては、
二次元不感帯が相違する。同じ送電線を見る角度が相違
するからである。そこで３台以上のカメラのうち、ある
一つを基準にし、このカメラでの二次元平面で二次元不
感帯を定義するようにできる。或は全てのカメラについ
て異なる二次元不感帯を定義してもよい。この場合は、
全てのカメラに於ける二次元不感帯に電線が侵入すると
してもこれは異常と判定しないようにする。

【００５８】本発明は、送電線の周りに二次元不感帯を
設け、この中に物体が侵入しても、これは電線の揺れで
あるとして、警報を発しないようにした。電線のよう
に、水平に延びるものは、水平に並べた３台以上のカメ
ラで計測すると、三次元的な誤りを生じ易い。しかし本
発明は、はじめから二次元の不感帯を設定するので、送
電線計測の誤りが、不感帯設定に影響しないのである。
カメラの画面に投影した二次元不感帯であるから、視線
と不感帯の幅は直交し、誤差が最も出にくい関係にあ
る。これが重要である。以上の説明は送電線だけを対象
にしているが、これ以外にも風などで揺れる物体を監視
対象とし、この近傍に二次元不感帯を設定することもで
きる。

【００５９】

【実施例】重機監視システムの実施例を説明する。これ
は監視システムとしてのアルゴリズムである。この後、
二次元不感帯の自動設定について説明する。 （１）初期設定動作 本監視装置を重機の見える適当な箇所に設置する。こ
れは２台以上のカメラとカメラの支持機構、さらにコン
ピュータ、警報装置、無線送受信機などを含む。カメラ
を３台以上使用すると、冗長性のある計測を行なうこと
ができる。

【００６０】画像を取り込む。２台以上のカメラで同
時に対象物を撮像する。この中には、重機が衝突し接触
する恐れのある物体が含まれる。送電線、鉄塔などであ
る。 送電線の三次元座標を計測する。これは２台以上のカ
メラの画面において、共通の物体特徴点に対する特徴点
の組を指定し、これから三角測量の原理により、カメラ
からの距離やカメラ基線（複数のカメラの中心を結ぶ直
線）に対する傾き角を求める。あるカメラの中心に準拠
して決めた座標系に対する三次元座標を求めるのであ
る。

【００６１】送電線の周りに、三次元不感帯（半径
Ｇ）と、三次元の危険エリア（半径Ｂ）を決定する。こ
れは三次元のことであり、三次元的に求めた送電線を中
心として、半径Ｇの三次元の不感帯を決定する。さらに
三次元の危険エリアを決定する。これも半径Ｂのものと
して簡単に定義することができる。 画面上で、送電線の両側に一定幅、あるいは支持端か
らの距離により変わる幅の二次元不感帯を設ける。二次
元不感帯は先に求めた三次元危険エリアの内部にあるよ
うにする。これは全てのカメラ画面に関して設定しても
よいし、一つだけのカメラに設定しても良い。

【００６２】（２）接近監視動作 重機の画像を全てのカメラで撮像する。 これは画面上で明暗のある画像となる。明暗の不連続
により輪郭線が生ずる。輪郭の上に特徴点が発生する。
この特徴点が先に設定した二次元不感帯の内部にある
と、これらの特徴点は捨てる。これらの特徴点からその
三次元座標を計算しない。これにより計算量を減らすこ
とができる。二次元不感帯の外部にある特徴点について
は、異なるカメラ間で、同一組に属する特徴点を同定
し、画面上での座標の相違から三次元的な座標を求める
ことができる。であるから、二次元不感帯にある特徴点
がはじめから計算に入ってこないので、計算量が低減さ
れる。また二次元不感帯に特徴点が入っているかいない
かということは簡単に分かることである。画面の平面に
おいて定義された二次元不感帯であるから、何ら特別な
変換をすることなく、特徴点が二次元不感帯の内外いず
れにあるかということは簡単に判別する事ができる。

【００６３】対象物体の特徴点を計算し、これが危険
エリアに入っている場合、重機の一部が送電線に接近し
たということを意味する。そこで、監視装置は警報を発
する。オペレータの注意を喚起するためである。警報は
音響による場合もあるし、光による場合もある。監視装
置とオペレータの居る場所が離れている場合は無線で告
知する。以上の説明は監視装置の全体の機能に関する。
次に送電線の自動抽出や、二次元不感帯の設定について
説明する。

【００６４】［送電線周囲の二次元不感帯設定の自動
化］ （１）送電線の自動抽出 送電線の一部を指定 ディスプレイ画面には、送電線が写っている。図２はこ
の状態を示す。システムオペレータがディスプレイ画像
上を見て、送電線の一部をカーソルを用いて指定する。
指定された領域を指定領域と呼ぶ。 指定領域内での送電線候補点の選択

【００６５】指定領域内で、明度変化（輝度変化、コン
トラスト）が極大値を取る点を送電線候補点とする。明
度というのは、画素の明るさのことである。明るさは２
のｎ乗の諧調で表現される。８、１６、６４…などの諧
調である。本発明は任意の数の諧調の明暗であっても適
用する事ができる。明度変化というのは、その画素と隣
接画素の明度の差を言う。二次元表面での明度の変化で
あるから、ｘ方向とｙ方向の成分に分けて明度変化を計
算する。これから、明度変化の絶対値Ｋと、明度変化の
方向Θを求めることができる。

【００６６】明度変化の絶対値Ｋが極大を取る点は、背
景色と電線の境界線上の点であるはずである。送電線は
太さを持つので、候補点は線の両側に連続的に存在す
る。極大を持つ点が幾つも連続的に並ぶ。これらは全て
送電線候補点である。 明度変化量が近似し、明度変化の方向が正反対の候補
点が存在する場合、その候補点を送電線特徴点とする。
電線は幅を持ち、両側で明度変化の極大の点が連続的に
存在する。一方の連続候補点に着眼すると、これの近傍
で、反対向きに明度変化をする点が電線の向こう側に存
在する。この場合、この点は送電線の輪郭上の点である
はずである。それでこの点を送電線特徴点とするのであ
る。

【００６７】指定領域内の送電線の抽出 指定領域内にある送電線特徴点の内、ある程度の大きさ
を持ち、直線状をなす特徴点群を送電線とする。小さい
特徴点群は画面を横切らないので、送電線ではない。ま
た送電線はほぼ直線であるから、連続特徴点群の直線性
を調べて送電線であるかないかを判別することができ
る。〜の動作は自動的になされる。 指定領域内の送電線抽出結果の評価 ここで指定領域内での送電線抽出結果が良であるか、不
良であるかをシステムオペレータに問い合わせる。不良
であった場合は、の行程に戻り、再び領域指定する。
ここから特徴点の同定を繰り返す。

【００６８】画像上の送電線の近似方程式の算出 指定領域内の送電線抽出結果を基にして、画像上に投影
された送電線の近似放物線方程式を算出する。これは本
発明とはあまり関係のない部分である。放物線近似する
ので、指定領域の外での同じ送電線の存在位置を知るこ
とができる。これには問題が二つある。送電線は一般に
懸垂線である。放物線ではない。しかし、カメラは送電
線を真正面から見ているのではない。斜め下方から見て
いる。そのような場合、懸垂線で近似するより単純に二
次関数で近似した方が好都合である。二次関数近似で
も、ある程度の正確さを期待できる。

【００６９】二次関数であると、パラメータは３つにな
る。指定領域内での送電線の座標点（二次元座標）か
ら、これらの点を通過する二次関数を決める。 近似放物線に基づく送電線の抽出 二次関数が決まると、これを延長し、指定領域以外での
その送電線の概略の位置が決まる。これは画面上の二次
元座標系での話である。指定領域以外の場所で、同様に
送電線候補点を決める。これは明度変化極大の条件から
決めることができる。以下〜の動作を繰り返して、
その近傍での送電線の特徴点を求める。

【００７０】送電線抽出の終了 画面の全体で送電線の特徴点を抽出できれば、それで送
電線の自動抽出が終了する。これが図３に示すようなも
のである。以上の操作により、送電線を抽出できる。こ
の後、三角測量の原理に基づく三次元座標の計算などを
行い、送電線を三次元的に定義する。この周りに円筒形
状の危険エリアを設ける。さらにこれに続いて、風によ
る送電線の揺れの計測を行なう。

【００７１】（２）画像上における送電線の揺れ量の自
動計測 画像上の送電線方向の算出 指定領域内の送電線抽出結果より、送電線の画像上での
角度αを算出する。図５にこれを示す。 送電線揺れ軌跡画像の作成 画像を時間的に連続して取り込み、時間積分により送電
線揺れ量を計測する。図５において、時刻ｔー２、ｔー
１、ｔに於ける送電線を図示している。風によって揺れ
るので、時刻により位置が変化する。しかし大体におい
て平行移動である。これは揺れに関しては基本モードし
か励起されないからである。送電線は重くて、支持点間
の距離が長く、高次モードが立たない。画面上での送電
線の位置が時刻の関数として求まる。これを時間積分す
ると、送電線が動いた軌跡の全体が得られる。ある程度
の幅をもつ帯状の積分図形になる。

【００７２】送電線揺れ量の自動計測 送電線揺れ軌跡画像より、送電線方向（α）を用いて、
送電線揺れ量を計測する。これが図５の最下欄に示すも
のである。揺れ幅は、積分図形の高さにｃｏｓαを掛け
ることによって得られる。こうして、揺れ量が分かるの
で、これを上回る量として、送電線に二次元不感帯を設
定する。揺れ量の最大値より、二次元不感帯の半径ｍを
大きくする。図４は二次元不感帯を設定した送電線を示
す。例えば、縦と横の画素の数は１０００画素とする。
不感帯の幅は、例えば２ｍ＝３０画素の程度である。

【００７３】

【発明の効果】本発明は、画像状の送電線の両側に、二
次元不感帯を設け、この範囲に特徴点があっても、警報
を出さないようにしている。画像上での処理により二次
元不感帯を計算し、設定することができる。三次元の計
算をする必要がないので、計算時間が短縮される。画面
に平行な方向に二次元不感帯を設けるので、測定の誤差
が少ない。従って監視装置としてより簡便で確実なもの
になる。簡単な処理で、送電線の揺れによる警報の誤動
作を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光軸のずれている複数カメラにより、直線状の
ものを距離計測する時、カメラの基線に平行な方向にあ
る場合は測定誤差を引き起こし易いということ、基線と
直角に伸びる場合は誤差が少ないということを説明する
ための説明図。（ａ）は水平に近い形状の物体の場合、
（ｂ）は垂直に近い形状の物体の場合を示す。

【図２】テレビカメラで送電線を写した場合の画面を示
す図。

【図３】図２の画面から送電線を構成する特徴点を抽出
した結果を示す図。

【図４】画面上に於て送電線の両側に二次元不感帯を設
けたものを示す図。

【図５】送電線の揺れ量の自動計測処理を示す説明図。

【図６】多眼視覚装置を説明するための概略構成図。

【図７】特願平５−１９５４４１号に現われる送電線周
りの危険エリアと、三次元不感帯を説明するための図。

【図８】対象物Ｐ、カメラ、カメラ画像、座標原点など
の関係を示すカメラ座標系図。

【図９】多眼視カメラの配置、対象物からの光線が、画
面を切る点などを示す多眼視カメラ構成図。

フロントページの続き (72)発明者 小澤 明夫 東京都千代田区内幸町一丁目１番３号東 京電力株式会社内 (72)発明者 石橋 武 東京都豊島区東池袋三丁目６番８号東京 電力株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−28985（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−307309（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−89103（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−16907（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 15/00 - 15/14 G01V 9/04 F02B 77/08 - 77/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数台のカメラを、レンズの光軸が平
   行、レンズが光軸に垂直な平面上に並び、画面も同一平
   面上にあるように一直線上に配置し、これによって対象
   物を撮像し、カメラ毎に異なる画像を得て、これらの画
   像から、送電線の三次元座標を求め、送電線の周囲に、
   一重または多重の危険エリアを設定する初期設定と、重
   機の三次元座標を計測し、重機の一部が前記の送電線危
   険エリアに侵入しているかどうかを判定し、重機が危険
   エリアの中に侵入している場合は警報を発する接近監視
   動作を行なう重機監視システムにおいて、画像上に投影
   された危険エリア内にある、送電線などの監視対象に、
   これらの両側に幅をもつ二次元不感帯を設定し、二次元
   不感帯に物体が存在しても警報を発しないようにしたこ
   とを特徴とする重機接近監視システム。
2. 【請求項２】 ３台以上のカメラを、レンズの光軸が平
   行、レンズが光軸に垂直な平面上に並び、画面も同一平
   面上にあるように直交する２直線上に配置し、これによ
   って対象物を撮像し、カメラ毎に異なる画像を得て、こ
   れらの画像から、送電線の三次元座標を求め、送電線の
   周囲に、一重または多重の危険エリアを設定する初期設
   定と、重機の三次元座標を計測し、重機の一部が前記の
   送電線危険エリアに侵入しているかどうかを判定し、重
   機が危険エリアの中に侵入している場合は警報を発する
   接近監視動作を行なう重機監視システムにおいて、画像
   上に投影された危険エリア内にある、送電線などの監視
   対象に、これらの両側に幅をもつ二次元不感帯を設定
   し、二次元不感帯に物体が存在しても警報を発しないよ
   うにしたことを特徴とする重機接近監視システム。
3. 【請求項３】 送電線の輪郭を自動抽出し、抽出された
   送電線の両側に二次元不感帯を設定することを特徴とす
   る請求項１または２に記載の重機接近監視システム。
4. 【請求項４】 送電線の風による揺らぎが画面上の送電
   線の像にどれほどの揺らぎを与えるかを自動計測し、揺
   らぎ幅より広い二次元不感帯を設定することを特徴とす
   る請求項１または２に記載の重機接近監視システム。