JP3436519B2 - Observation system for plumes - Google Patents

Observation system for plumes

Info

Publication number
JP3436519B2
JP3436519B2 JP2000286548A JP2000286548A JP3436519B2 JP 3436519 B2 JP3436519 B2 JP 3436519B2 JP 2000286548 A JP2000286548 A JP 2000286548A JP 2000286548 A JP2000286548 A JP 2000286548A JP 3436519 B2 JP3436519 B2 JP 3436519B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
smoke
plume
height
velocity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000286548A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002090471A (en
Inventor
栄 向山
幸生 赤松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kokusai Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Kokusai Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kokusai Kogyo Co Ltd filed Critical Kokusai Kogyo Co Ltd
Priority to JP2000286548A priority Critical patent/JP3436519B2/en
Publication of JP2002090471A publication Critical patent/JP2002090471A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3436519B2 publication Critical patent/JP3436519B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、噴煙等の領域を抽
出し、噴煙等の形状・高さと噴出速度の時系列変化を連
続的に計測する噴煙等の観測システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a volcanic plume observation system for extracting a volcanic plume region and continuously measuring time-series changes in the shape and height of the volcanic plume and the ejection speed.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】火山に
おいて非噴火時に常時放出されている噴気は、マグマか
ら供給される熱によって地下水が熱せられて発生した水
蒸気やマグマ起源の火山ガスが大気中に放出されること
によって生じている。また、爆発的噴火時の噴煙は、マ
グマ起源の固形物あるいは火道周辺の岩盤を起源とする
固形物の細片と噴気との混合体である。これらはいずれ
も地下のマグマの規模やその活動状況を目に見える形で
示すものとして、火山活動の監視項目として重視されて
いる。特に噴煙の量、噴出速度は、爆発的な噴火の際に
急増することが定性的に知られており、その変化を継続
的にかつリアルタイムに知ることは、予警報的情報を発
信して火山災害を軽減することに役立つ。
2. Description of the Related Art Fumaroles that are constantly released during non-eruptions in volcanoes include water vapor generated by heating groundwater by heat supplied from magma and volcanic gas originating from magma in the atmosphere. Is caused by being released into. In addition, the fumes from an explosive eruption are a mixture of solid particles originating from magma or solid particles originating from bedrock around the conduit and fumaroles. All of these are emphasized as monitoring items for volcanic activity, as they show the scale of magma underground and its activity in a visible form. In particular, it is qualitatively known that the amount and rate of eruption smoke rapidly increase during an explosive eruption, and it is important to know the change continuously and in real time by transmitting pre-warning information. Helps reduce disasters.

【0003】また、火山から放出されるエネルギーのな
かで主要な部分を占める熱エネルギーと噴煙や噴気と
は、深い関係があると考えられている。マグマが供給す
る熱エネルギーを見積もる方法として、噴火時について
は噴出固形物総量から見積もる方法、噴煙の最高高度か
らの放熱率を推定する方法などがある。噴火時の噴煙の
高さから放熱率を簡便に求める方法は確立しているが、
放熱量を求めるには、噴煙高度を時系列的に把握する必
要がある。噴火において噴煙高度は定常的でないことが
多く、噴煙高度を把握するためには連続的な観測が必要
である。また非噴火時については噴気の上昇速度を指標
として見積もる方法がある。噴気の上昇速度は、噴気の
特徴点の移動を追跡することなどによって得た事例もあ
るが、噴気の形は絶えず変化しているため、連続的かつ
面的な観測が必要となる。
Further, it is considered that the thermal energy, which occupies a major part of the energy emitted from the volcano, and the fumes and fumes have a deep relationship. As a method of estimating the thermal energy supplied by the magma, there are a method of estimating from the total amount of ejected solid matter at the time of eruption and a method of estimating the heat dissipation rate from the highest altitude of smoke. Although a method for easily obtaining the heat dissipation rate from the height of smoke at the time of eruption has been established,
In order to obtain the heat radiation amount, it is necessary to grasp the smoke height in time series. The eruption altitude is often not constant during eruptions, and continuous observation is necessary to understand the eruption altitude. For non-eruption, there is a method to estimate the rising rate of fumarole as an index. In some cases, the rising velocity of fumaroles was obtained by tracking the movement of the feature points of fumaroles, but since the shape of fumaroles is constantly changing, continuous and surface observation is required.

【0004】次に、従来の噴煙等に関する観測手法の概
要について述べる。まず、噴煙、噴気からの熱エネルギ
ー放出量の推定についての従来の方法を外観する。手法
の内容としては、噴煙の高さと放出される熱エネルギー
の関係とについてはいくつかの研究事例がある。例えば
Morton et al.(1956)は、煙の最高
高度 H〔m]と熱エネルギー放出率Q〔watt〕と
の関係式を与えている。
Next, an outline of a conventional observation method for smoke and the like will be described. First, a conventional method for estimating the amount of heat energy released from fumes and fumes will be reviewed. As the contents of the method, there are some research cases on the relationship between the height of smoke and the thermal energy released. For example, Morton et al. (1956) gives the relational expression between the highest smoke height H [m] and the thermal energy release rate Q [watt].

【0005】[0005]

【数1】 また、Lucas(1976)は、風と地表付近の乱流
の影響を考慮して次の式を与えている。
[Equation 1] Also, Lucas (1976) gives the following equation in consideration of the influence of wind and turbulence near the ground surface.

【0006】[0006]

【数2】 これらの2式は、噴煙のように固形物を含み最高高度が
観測できる場合に適用できるものである。
[Equation 2] These two equations can be applied when the highest altitude can be observed, including solid matter such as plume.

【0007】また、Briggs(1969)は、熱源
からの水平距離のx〔m〕の地点での煙の高さh〔m〕
をμ〔m/sec〕の風がある場合に次の式を与えてい
る。
In addition, Briggs (1969) shows that the smoke height h [m] at a point x [m] of the horizontal distance from the heat source.
When there is a wind of μ [m / sec], the following equation is given.

【0008】[0008]

【数3】 全熱エネルギー量と噴煙高度の関係については、Mor
ton et al.(1956)は標準大気の場合に
ついて、最高高度H〔m〕と全熱エネルギーQ〔J〕と
は次の式で表されるとしている。
[Equation 3] For the relationship between total heat energy and smoke height, see Mor
ton et al. (1956) states that the maximum altitude H [m] and total heat energy Q [J] are expressed by the following equations in the case of standard atmosphere.

【0009】[0009]

【数4】 これらの手法では、煙の最高高度については既知の観測
値を用いる。しかし煙の高度について時系列的な観測を
行うわけではなく、最高高度がいつ観測されるかは予測
できないので、リアルタイムに熱エネルギーの放出率や
全熱エネルギー量を知ることはできない。また時系列的
な解析を行うわけではないので、噴煙高度や放熱率の変
化からマグマ活動の変化の程度を推測することはできな
い。そして、既存の観測手法としては、次のような手法
がある。
[Equation 4] These methods use known observations for the highest altitude of smoke. However, the smoke altitude is not observed in time series, and it is not possible to predict when the highest altitude will be observed, so it is not possible to know the heat energy release rate and the total heat energy amount in real time. Moreover, since the time series analysis is not performed, it is not possible to infer the degree of change in magma activity from changes in smoke height and heat dissipation rate. Then, as the existing observation methods, there are the following methods.

【0010】(1)鍵山恒臣:火山からの噴気による熱
エネルギーとH2 Oの放出量(1978、火山第2集、
第23巻、第3号) この手法では、噴気の連続写真を撮り、画面上の特徴あ
る点を追跡することで、基準点からの噴気の高さを時系
列的に把握し、Briggs(1969)による一定の
風速下における噴気の熱源からの水平距離、高さと熱エ
ネルギー放出率との関係式を適用して、非噴火時の噴気
の放熱量を求めている。
(1) Tsuneomi Kagiyama: Thermal energy and H 2 O emission from fumes from volcanoes (1978, Vol. 2,
(Vol. 23, No. 3) In this method, the height of the fumarine from the reference point is grasped in time series by taking continuous photographs of the fumarine and tracing characteristic points on the screen, and Briggs (1969). ) Is applied to the relational expression between the horizontal distance and height of the fumarolic gas from the heat source at a constant wind speed and the thermal energy release rate to determine the amount of fumarolic heat released during non-eruption.

【0011】しかし、この手法では、静止画像を手動に
よって撮影しており、撮影時間の制御は撮影とは連動し
ないシステムで行うので、これらをマッチングさせる作
業が必要である。さらに噴気の高さの算出は画像上から
手動で行っている。このため観測をリアルタイムに行う
ことはできず、取得デー夕を時系列的に解析することも
充分にはできない。また噴気の特徴点の抽出は静止画像
から肉眼によって行うため、判読者による誤差は避けが
たい。
However, in this method, a still image is manually photographed and the photographing time is controlled by a system which is not linked to the photographing, so that it is necessary to match these. Furthermore, the height of the fumarole is calculated manually from the image. For this reason, observation cannot be performed in real time, and the acquired data cannot be analyzed in time series. In addition, since the feature points of fumarolic gas are extracted with the naked eye from a still image, it is inevitable for the reader to make an error.

【0012】(2)神宮司元治・江原幸雄:三代噴気直
径を利用した火山噴気放出量および放熱量測定法(19
96、火山第41巻、第1号) この手法では、火山噴気のモデルを、噴気口付近で最大
の噴気中心密度と最小の拡散半値幅をとり、時間と共に
中心密度が減少して半値幅が増大していくものとしたと
き、噴気流量は次式で求められることを利用して、噴気
の最大直径と流速を観測している。
(2) Motoharu Jingu and Yukio Ehara: A method for measuring volcanic fumarolic emissions and heat dissipation using the third generation fumarolic diameter (19)
96, Volcano Vol. 41, No. 1) In this method, a model of volcanic fumaroles has a maximum fumarolic center density near the fumarole and a minimum diffusion half-height width, and the central density decreases with time and the half-height width decreases. Assuming that the fumarolic flow rate increases, the maximum diameter and velocity of fumarolic gas are observed by utilizing the fact that the fumarolic flow rate is calculated by the following equation.

【0013】[0013]

【数5】 この手法は、観測結果の解析にパーソナルコンピュータ
を用い、ビデオ画像を読み込んで、画像上の特徴点の動
きによって噴気の流速を、さらに噴気として指定したピ
クセルの色の点数から噴気直径を測定して、噴気放出量
を求めるものである。この解析システムにおいては、画
像を任意のサンプリング時間(0.1〜1秒)で読み込
むことができ、また画像の色数を16色に落として解析
しやすいような工夫がなされている。
[Equation 5] In this method, a personal computer was used to analyze the observation results, a video image was read, the flow velocity of the fumarole was measured by the movement of the feature points on the image, and the fumarole diameter was measured from the number of the color of the pixel designated as the fumarole. , The amount of fumarole released is obtained. This analysis system is designed so that an image can be read at an arbitrary sampling time (0.1 to 1 second), and the number of colors of the image can be reduced to 16 for easy analysis.

【0014】しかし、この報告によれば、この手法はビ
デオ画像による大量の画像データを利用した統計的な計
算により、測定誤差の低減をはかることができることが
期待されると指摘してされているが、開発されたシステ
ム自体にはそのような機能が付加されていない。またこ
のシステムは屋外での観測に必要な画像の調整機能、リ
アルタイムに時系列的な解析を行う機能は付加されてい
ない。さらに噴気速度の計測は画像の特徴点の抽出によ
るものであり、またこの特徴点の選択は自動化されてい
ない。
However, according to this report, it is pointed out that this method is expected to be able to reduce the measurement error by statistical calculation using a large amount of image data of video images. However, such a function is not added to the developed system itself. In addition, this system does not include the image adjustment function required for outdoor observation and the function of performing time-series analysis in real time. Furthermore, the measurement of the fumarolic velocity is based on the extraction of the characteristic points of the image, and the selection of the characteristic points is not automated.

【0015】(3)福井敬一:阿蘇火山から非噴火時に
放出されるH2 Oと熱エネルギー(1995、火山第4
0巻、第4号) この手法では、気象条件(外気の温度、密度、水蒸気
量、気圧)、赤外線カメラによって測定された噴気の温
度と、リモートセンシング手法を利用した観測装置によ
って得られるビデオ画像で計測した噴気の大きさと上昇
速度から、非噴火時のH2 Oと熱エネルギーを算出して
いる。この手法では、遠隔にある観測点から噴気のビデ
オ画像を取得し、噴煙の形状に関する次の量を求め、さ
らに噴煙塊の明瞭な点を追跡して上昇速度を求める。
(3) Keiichi Fukui: H 2 O and thermal energy released from Aso volcano during non-eruption (1995, Volcano No. 4
Volume 0, No. 4) In this method, meteorological conditions (outside air temperature, density, water vapor amount, atmospheric pressure), fumarolic temperature measured by an infrared camera, and a video image obtained by an observation device using a remote sensing method. H 2 O and thermal energy at the time of non-eruption are calculated from the size and rising speed of the fumarole measured in. In this method, a video image of fumarolic gas is acquired from a remote observation point, the next quantity related to the shape of the plume is obtained, and the ascending velocity is obtained by tracing the clear point of the plume.

【0016】しかし、このシステムでは、画像から噴煙
の形状に関する量を、動画像を静止画像にした上で手動
によって求めている。さらに上昇速度は画像上の特徴点
を肉眼で選択し、それらを手動で計測している。またこ
のシステムは屋外での観測に必要な画像の調整機能、リ
アルタイムに時系列的な解析を行う機能は付加されてお
らず、統計的な解析機能は付加されていない。
However, in this system, the amount relating to the shape of the plume from the image is manually calculated after converting the moving image into a still image. Furthermore, the rising speed is measured manually by selecting the feature points on the image with the naked eye. In addition, this system does not include the image adjustment function required for outdoor observation, the function of performing time-series analysis in real time, and the statistical analysis function.

【0017】また、画像解析による流体などの計測手法
の現状は、例えば小林敏雄、岡本孝司ほか:(200
0、Particle Image Velocime
toryの展開、可視化情報、Vol.20.No.7
7)で紹介されている。可視化された二次元画像の解析
により流速を定量的に計測することは、粒子画像流速測
定法(Particle Image Velocim
etory:PIV)と呼ばれ、近年のハードウェアや
ソフトウェアの進歩により一般的な手法として認められ
つつある。この手法は、流れ場に粒子を混入することに
より、流れを可視化し、そのデジタル画像を解析すると
いう手段をとるが、トレーサーとして混入される粒子と
して煙が用いられることがある。流速の測定自体のアル
ゴリズムは比較的単純であり、画像相関法、粒子追跡法
を基本としたソフトウェアがいくつか開発されている。
The current state of the technique for measuring fluids by image analysis is, for example, Toshio Kobayashi, Koji Okamoto et al .: (200
0, Particle Image Velocime
development, visualization information, Vol. 20. No. 7
It is introduced in 7). The quantitative measurement of the flow velocity by the analysis of the visualized two-dimensional image is performed by the particle image velocity measurement method (Particle Image Velocity).
It is called "Etory (PIV)" and is being recognized as a general method due to recent advances in hardware and software. This method takes a means of visualizing a flow and analyzing a digital image of the flow by mixing particles into a flow field, but smoke may be used as particles mixed as a tracer. The algorithm for measuring the flow velocity itself is relatively simple, and some software based on the image correlation method and particle tracking method have been developed.

【0018】しかし、PIV技術は、様々な分野に応用
が試みられているが、現在のところ液体の流動や液面形
状などを測定する室内実験などの工業的計測技術として
使用されることが多く、そのための精度の高い画像取得
技術、解析アルゴリズムの開発、測定に最適な粒子の開
発、三次元化測定技術の開発などが行われている。しか
し、これらの技術が野外における自然現象の観測手段と
して用いられるた例は極めて少ない。
However, the PIV technique has been tried to be applied to various fields, but at present, it is often used as an industrial measuring technique such as a laboratory experiment for measuring the flow and the shape of the liquid surface of a liquid. For that purpose, high-accuracy image acquisition technology, development of analysis algorithm, development of optimum particle for measurement, development of three-dimensional measurement technology, etc. are being carried out. However, there are very few cases where these technologies are used as a means of observing natural phenomena in the field.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、屋外における噴煙等の移動する領
域を抽出し、噴煙等の高さと形状の時系列変化を連続的
に計測でき、さらに噴煙等の任意の領域に対し噴出速度
の時系列変化を連続的に計測できるようにするものであ
る。
Means for Solving the Problems The present invention is to solve the above-mentioned problems and to extract a moving area of outdoor smoke or the like and continuously measure time series changes in height and shape of the smoke or the like. In addition, it is possible to continuously measure the time-series change of the ejection velocity in an arbitrary region such as a plume.

【0020】屋外における噴煙あるいは噴気は、いずれ
も気魂、または細粒な固体と気体との混合物として大気
中を上昇する過程を持つ。これはplume rise
と呼ばれる。Plume riseの原動力のタイプは
2つあり、一方は初速度がなく密度差による浮力だけで
上昇するもの、もう一方は密度差がなく初速度だけで上
昇するjetである。一般的には噴煙、噴気ともこれら
の両方の要素を持つ。噴煙は、固体を含むので周囲の大
気との境界が明瞭であるため、移動体を容易に認識で
き、最高高度も知ることができる。噴気は上端部が拡散
により不明瞭になることが多く、拡散した水蒸気密度分
布を直接測定することはできない。しかし水蒸気が過飽
和状態になった水滴を白い雲として認識することは容易
なので、気魂の領域を近似的に把握することができる。
可視光の領域では、これらのplumeの内部は比較的
均質な色調を持ち、背景である空や雲、地表面との比較
が容易であることから、判別に必要な特徴量として比較
的単純な色の要素を使うことができる。
Both the smoke and fumes in the outdoors have a process of rising in the atmosphere as a spirit or a mixture of fine solids and gas. This is plume rise
Called. There are two types of motive force for the plume rise, one is a jet that does not have an initial velocity and rises only by buoyancy due to a density difference, and the other is a jet that does not have a density difference and rises only at an initial velocity. Generally, both fumes and fumes have both of these elements. Since the volcanic plume contains solids and its boundary with the surrounding atmosphere is clear, the moving body can be easily recognized and the maximum altitude can be known. The top of the fumarole is often obscured by diffusion, and the diffused water vapor density distribution cannot be measured directly. However, since it is easy to recognize a water drop in which water vapor is supersaturated as a white cloud, it is possible to approximately understand the region of the spirit.
In the visible light region, the insides of these plumes have a relatively uniform color tone and can be easily compared with the background sky, clouds, and the ground surface. You can use color elements.

【0021】また噴気は、噴出するガスが持つ熱に加え
て、流入する空気との混合による水蒸気の凝縮に伴う潜
熱により暖気を形成する。噴煙は、それに加えて含有す
る固形物から放出される熱エネルギーにより暖気を形成
する。したがってこれらの気塊は、周囲の大気とは熱的
に不連続な領域として区別することができる。これらの
特徴から、噴煙や噴気は、可視光領域の光学的画像、あ
るいは熱赤外線の領域の熱画像など、可視化した画像を
用いて有効に識別することができる。
The fumes form warm air due to the latent heat accompanying the condensation of water vapor due to the mixing with the inflowing air, in addition to the heat of the ejected gas. The fumes form warm air due to the thermal energy released from the solids that they contain. Therefore, these air masses can be distinguished as a region that is thermally discontinuous with the surrounding atmosphere. From these characteristics, fumes and fumes can be effectively identified using a visualized image such as an optical image in the visible light region or a thermal image in the thermal infrared region.

【0022】一方噴煙、噴気は、屋外において一般に立
体的な形状を持って広範囲に分布し、拡散に伴う渦や風
の影響によって初期の形状が絶えず変形していくが、基
本的にはplumeの形状を一定の時間保っている。し
たがって適当な断面による2次元平面でその形状の特徴
を近似的に抽出することができる。また噴煙や噴気の内
部では対流や拡散のために細部の形状は絶えず変化して
いる。したがって個別の点を追跡することによってその
全体の動きを把握することは困難であるが、ある領域と
しての動きを追跡することによって気魂全体の動きを捉
えることができる。したがって噴煙、噴気の観測には、
ある程度遠隔地からの2次元平面の画像を用いる手法が
簡便で有効である。これらのことから、屋外における噴
煙や噴気の観測には遠隔地で取得したビデオ画像などの
連続した画像を用いて解析することが有効である。
On the other hand, smoke and fumes generally have a three-dimensional shape and are widely distributed outdoors, and their initial shape is constantly deformed due to the effects of vortices and winds associated with diffusion. The shape is kept for a certain time. Therefore, the feature of the shape can be approximately extracted on a two-dimensional plane having an appropriate cross section. In addition, the shape of details is constantly changing due to convection and diffusion inside the smoke and fumes. Therefore, it is difficult to grasp the whole movement by tracking individual points, but by tracking the movement as a certain area, it is possible to grasp the movement of the whole spirit. Therefore, to observe fumes and fumes,
The method of using a two-dimensional plane image from a remote place to some extent is simple and effective. For these reasons, it is effective to observe smoke and fumes outdoors using continuous images such as video images acquired at remote locations.

【0023】そのために本発明は、噴煙等の領域を抽出
し、噴煙等の形状・高さと噴出速度の時系列変化を連続
的に計測する噴煙等の観測システムであって、固定点か
ら撮影した時系列的に連続する画像を入力する画像入力
手段と、前記画像入力手段より入力された画像の任意の
時間間隔の差分画像から得られる画素単位の輝度差を読
み取り、少なくとも時間軸積算、拡大縮小による穴埋
め、特定輝度部分の排除を行って噴煙領域を抽出する噴
煙領域抽出手段と、前記噴煙領域抽出手段により抽出さ
れた噴煙領域の噴煙形状・高さを求める噴煙高さ観測手
段と、前記画像入力手段より入力された画像の任意の範
囲に対し任意の時間間隔の画像フレーム間相関演算によ
りオプティカルフローを検出する画像間相関解析手段
と、前記画像間相関解析手段により検出されたオプティ
カルフローから噴出速度を求める噴出速度観測手段とを
備えたことを特徴とするものである。
To this end, the present invention is an observation system for smoke and the like which extracts a region such as the smoke and continuously measures the time-series changes in the shape and height of the smoke and the ejection speed, and is taken from a fixed point. An image input unit for inputting images continuous in time series, and a pixel-by-pixel luminance difference obtained from a difference image at arbitrary time intervals between the images input by the image input unit are read, and at least time axis integration and scaling are performed. A smoke area extraction unit that fills in holes with a specific brightness portion to extract a smoke area, and a smoke height observation unit that obtains the shape and height of the smoke area extracted by the smoke area extraction unit, and the image. An inter-image correlation analyzing means for detecting an optical flow by an inter-frame correlation calculation at an arbitrary time interval with respect to an arbitrary range of an image input by the input means, and the inter-image correlation solution It is characterized in that a jetting speed observation means for determining the exit velocity from the detected optical flow by means.

【0024】噴煙形状・高さ観測手段は、検出画像の水
平ラインごとに検出画素数を数えて検出画素数のヒスト
グラムから噴煙高さを判定し、前記噴煙領域の面積と判
定した噴煙高さを用いて正規化した噴煙幅を算出するこ
とを特徴とするものである。
The plume shape / height observing means counts the number of detected pixels for each horizontal line of the detected image, determines the plume height from the histogram of the number of detected pixels, and determines the plume height determined as the area of the plume area. It is characterized in that the smoke width is normalized by using it.

【0025】画像間相関解析手段は、参照画像と未知画
像の対応ピクセルの輝度の乗算一致量を、計測ウインド
ウ領域全体の輝度の平均値に対して正規化して画像フレ
ーム間相関演算によりオプティカルフローを検出し、画
素単位で求められた画像フレーム間相関係数の最大一致
ずらし位置を中央に含む隣接3係数を使用し、3点を通
る2次曲線の連立方程式を解くことで2次元補間を行っ
て画素単位以下の精度での相関を得、噴出速度観測手段
は、計測ウインドウで参照画像を指定して評価関数で各
ずらし位置に対するもっとも似ている位置との差を速度
または変位として求め、計測回数または計測時間を設定
して複数回測定した速度を統計処理することにより噴出
ベクトル値を算出することを特徴とするものである。
The inter-image correlation analysis means normalizes the multiplying coincidence amount of the luminances of the corresponding pixels of the reference image and the unknown image with respect to the average value of the luminances of the entire measurement window region, and calculates the optical flow by the inter-frame correlation calculation. Two-dimensional interpolation is performed by solving simultaneous equations of a quadratic curve that passes through three points, using the adjacent three coefficients that include the maximum coincidence shift position of the image frame correlation coefficient that is detected and calculated in pixel units. , The ejection velocity observation means specifies the reference image in the measurement window and the evaluation function obtains the difference between the shifted position and the most similar position as the velocity or displacement, and measures it. It is characterized in that the ejection vector value is calculated by setting the number of times or measurement time and statistically processing the speed measured a plurality of times.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る噴煙等の観
測システムの実施の形態を説明するための図であり、1
は画像入力部、2は噴煙領域抽出部、3は噴煙高さ観測
部、4は画像間相関解析部、5は噴出速度観測部、6は
観測データファイル、7は観測データ出力部を示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an observation system for smoke and the like according to the present invention.
Is an image input unit, 2 is a smoke area extraction unit, 3 is a smoke height observation unit, 4 is an image correlation analysis unit, 5 is a jet velocity observation unit, 6 is an observation data file, and 7 is an observation data output unit.

【0027】図1において、画像入力部1は、固定点か
ら撮影した時系列的に連続する画像を入力するものであ
り、その画像としては、例えばビデオ画像(デジタル、
アナログ)、高感度テレビ画像、赤外線熱映像画像、ス
チールカメラ画像(デジタル、アナログ)である。
In FIG. 1, an image input unit 1 is for inputting images which are taken from fixed points and which are continuous in time series. As the images, for example, video images (digital,
Analog), high-sensitivity TV images, infrared thermal images, and still camera images (digital, analog).

【0028】噴煙領域抽出部2は、任意の時間間隔の差
分画像から得られる画素単位の輝度差を読みとり、時間
軸積算や拡大縮小による穴埋め、特定輝度部分の排除な
どによって移動体の領域、つまり噴煙領域を抽出するも
のである。このように噴煙を画像上で判別する際には画
素単位で輝度の差が生じることによって輪郭を認識する
のが有効である。また、噴煙のような移動体は内部も同
様に移動するから、輪郭および若干の移動点を把握し、
これらの内側を穴埋めすることによって移動領域全体の
抽出は可能となる。
The smoke area extraction unit 2 reads the pixel-by-pixel brightness difference obtained from the difference image at arbitrary time intervals, fills in holes by time axis integration and enlargement / reduction, eliminates a specific brightness portion, or the like, that is, the area of the moving body. This is to extract the smoke area. In this way, when discriminating fumes on the image, it is effective to recognize the contour due to the difference in luminance generated in pixel units. In addition, since a moving object such as a volcanic smoke also moves inside, the outline and some moving points are grasped,
By filling the inside of these, the entire moving area can be extracted.

【0029】噴煙高さ観測部3は、噴煙領域抽出部2に
より得られた移動体領域に対し、非移動領域とを最も有
効に2分する閾値を判別分析の手法により求め、噴煙の
領域と判定して噴煙高さを算出し、また噴煙形状を、抽
出した領域の面積と算出した高さを用いて正規化した噴
煙幅で算出するものである。
The volcanic plume height observing unit 3 obtains a threshold value that most effectively divides the moving body region obtained by the volcanic plume region extracting unit 2 into a non-moving region by a discriminant analysis method, and determines it as the volcanic plume region. The height of the smoke is determined and the height of the smoke is calculated, and the shape of the smoke is calculated with the smoke width normalized by using the area of the extracted region and the calculated height.

【0030】画像間相関解析部4は、画像の任意の範囲
に対し任意の時間間隔の画像フレーム間相関演算により
オプティカルフローを検出するものであり、噴出速度観
測部5は、このオプティカルフローから噴出速度を算出
するものである。噴煙のように連続的に形態が変化する
ものは、適当な時間間隔をとった画像フレーム問で最も
類似した形態を探し、その変化を座標値で読みとること
によって移動の方向および速度を把握することができ
る。
The inter-image correlation analysis unit 4 detects an optical flow by performing an inter-image frame correlation calculation at an arbitrary time interval with respect to an arbitrary range of an image, and the ejection velocity observing unit 5 ejects from the optical flow. The speed is calculated. For volcanic smoke that changes its form continuously, find the most similar form in the image frames at appropriate time intervals and read the change in coordinate values to grasp the direction and speed of movement. You can

【0031】観測データファイル6は、噴煙高さ観測部
3及び噴出速度観測部5により観測されたデータを格納
するファイルであり、観測データ出力部7は、噴煙の最
大高さの時系列的変化、噴煙形状の時系列的変化、噴煙
の任意の領域の噴出速度の時系列的変化を一覧表および
リアルタイムのグラフ表示で可視化すると共にそれぞれ
のデータファイルを出力するものである。
The observation data file 6 is a file for storing the data observed by the plume height observation unit 3 and the ejection velocity observation unit 5, and the observation data output unit 7 changes the maximum height of the plume in time series. , The time-series change of the plume shape and the time-series change of the jet velocity of an arbitrary area of the plume are visualized by a list and a real-time graph display, and each data file is output.

【0032】本発明に係る噴煙等の観測システムにおい
て、上記のようなビデオ画像の録画、差分画像の選定、
画像上の輝度の読みとり、移動領域の判別、画像相関の
演算、解析結果の表示はパーソナルコンピュータによっ
て制御される。
In the observation system for smoke and the like according to the present invention, recording of the video image as described above, selection of the difference image,
The reading of the brightness on the image, the determination of the moving area, the calculation of the image correlation, and the display of the analysis result are controlled by the personal computer.

【0033】次に、本発明に係る噴煙等の観測システム
による処理を具体的に詳述する。図2は本発明に係る噴
煙等の観測システムによる噴煙解析フローチャート、図
3は画像上での基準点、対地目標、噴出速度計測領域の
設定例を示す図、図4は差分画像による移動領域の認識
を説明するための図、図5はグレースケール化した噴煙
ビデオ画像の差分画像の例を示す図、図6は噴煙高さの
算出及び判別分析により閾値を設定し誤判別を防止する
例を説明するための図、図7は最大一致位置の検索及び
補間処理を説明するための図、図8は観測結果の視覚化
した表示例を示す図、図9は噴煙高さの時間変化を視覚
化した出力例を示す図である。
Next, the processing by the observation system for smoke and the like according to the present invention will be described in detail. FIG. 2 is a flow chart of the smoke analysis by the observation system for smoke and the like according to the present invention, FIG. 3 is a diagram showing a setting example of a reference point on the image, a ground target, and an ejection velocity measurement region, and FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining recognition, FIG. 5 is a diagram showing an example of a differential image of a grayscale fumigation smoke video image, and FIG. 6 is an example of setting a threshold value by calculation and discrimination analysis of the plume height to prevent misjudgment. FIG. 7 is a diagram for explaining the maximum matching position search and interpolation process, FIG. 8 is a diagram showing a visual display example of the observation result, and FIG. 9 is a view showing the temporal change of the smoke height. It is a figure which shows the converted output example.

【0034】本発明に係る噴煙等の観測システムでは、
図2に示すようにまず、ビデオ画像入力条件を設定し、
屋外において噴煙、噴気を撮影したビデオ画像などを取
り込む。録画にあたっては、録画するメモリの大きさ、
録画フレーム数、休止フレーム数、録画時間、録画色
数、録画解像度を設定し、また、画像をデジタル信号化
した後に、明るさ、コントラスト、色の濃さ、色合いに
ついて適宜調整を行う。さらに、屋外において観測地点
を限定できないような条件で撮影された、噴煙、噴気の
ようにバターンの変化が著しい対象を計測するには、画
像サイズを適切に選ぶ必要があるので、そのような場合
には、撮影条件に合わせて画像のサイズを選択する(ス
テップS11)。
In the system for observing volcanic plume according to the present invention,
As shown in FIG. 2, first, set the video image input conditions,
It captures video images of smoke and fumes taken outdoors. When recording, the size of the memory to record,
The number of recording frames, the number of pause frames, the recording time, the number of recording colors, and the recording resolution are set, and after the image is converted into a digital signal, the brightness, contrast, color depth, and hue are appropriately adjusted. In addition, it is necessary to select an appropriate image size in order to measure an object such as fumes and fumes that has a significant change in pattern taken under conditions where observation points cannot be limited outdoors. , The size of the image is selected according to the shooting conditions (step S11).

【0035】屋外において噴煙、噴気の領域を遠隔地か
ら測定する際には、最も測定に有利な位置を観測者が選
択できないこともある。したがって観測地点の自然条件
に合わせ、対象物との距離、周囲の視界、測定から排除
したい雑音などを考慮して計測条件を設定する。そし
て、噴煙、噴気の領域を検出する領域を画像の範囲内に
設定する。また、噴煙、噴気が大気中を上昇する現象で
あることから、画像の範囲内に任意の高さを基準として
それより高い位置に計測領域を設定する(ステップS1
2)。噴出速度を計測する領域aの位置と大きさを任意
に設定する(ステップS13)。画像上での噴出速度計
測領域aの設定例を示したのが図3(B)である。
When measuring the area of smoke and fumes outdoors from a remote location, the observer may not be able to select the most advantageous position for measurement. Therefore, the measurement conditions are set according to the natural conditions of the observation point, taking into consideration the distance to the target object, the surrounding visual field, the noise to be excluded from the measurement, and the like. Then, the area for detecting the area of smoke and fumes is set within the range of the image. Further, since the smoke and fumes rise in the atmosphere, the measurement area is set to a position higher than the arbitrary height within the range of the image (step S1).
2). The position and size of the region a for measuring the ejection velocity are arbitrarily set (step S13). FIG. 3B shows an example of setting the ejection velocity measurement region a on the image.

【0036】また、検出領域の実座標での大きさや速度
を近似的に求めるため、その変換方法を選択する。この
方法の選択では、レンズ焦点距離によって光学的に求め
る方法と、画像座標と実座標および画像撮影位置の座標
との関係から幾何学的に対地標定を行う方法とを選択で
きる。前者は機械的、後者は幾何学的な誤差を内在する
が、計測対象が剛体でなく特徴点が一定しないことや、
求めたい領域の大きさや速度値の大きさと精度を考慮す
ると、これらの誤差は無視できる。幾何学的な対地標定
は、2点対地目標を設定して行う(ステップS14)。
画像上での基準点、対地目標、の設定例を示したの
が図3(A)である。
Further, in order to approximately obtain the size and speed of the detection area in the real coordinates, the conversion method is selected. In the selection of this method, a method of optically obtaining by the lens focal length and a method of geometrically performing the ground orientation from the relationship between the image coordinates and the real coordinates and the coordinates of the image capturing position can be selected. The former has a mechanical error, and the latter has a geometrical error, but the measurement point is not a rigid body and the feature points are not constant.
Considering the size of the area to be obtained, the size and accuracy of the velocity value, these errors can be ignored. Geometrical ground location is performed by setting a two-point ground target (step S14).
FIG. 3A shows an example of setting the reference point and the ground target on the image.

【0037】次に、フレーム間差分処理、時間軸方向の
積算、拡大縮小による穴埋め、特定輝度部分の排除を行
って噴煙領域の抽出を行う(ステップS15、S1
6)。 A.噴煙領域の抽出 図4に示すように背景が変化しないで対象物のみが動く
とき、その対象物を追跡する手法として差分画像があ
る。この手法は、一般には対象物の形状が変化しない剛
体であることを前提としている。本発明では、噴煙、噴
気は屋外において一般的に不定形であるが、背景に対し
て移動する速度が速く、適当な時間間隔を設定すれば気
魂としての領域を動体として認識することが充分可能で
あることを利用し、噴煙領域の抽出に差分画像を用い
る。
Next, the inter-frame difference processing, the integration in the time axis direction, the filling by enlargement / reduction, the exclusion of the specific luminance portion, and the extraction of the smoke area are performed (steps S15 and S1).
6). A. Extraction of smoke area As shown in FIG. 4, when only the object moves without changing the background, there is a difference image as a method of tracking the object. This method generally assumes that the object is a rigid body whose shape does not change. In the present invention, the fumes and fumes are generally irregular in the outdoors, but they move at a high speed with respect to the background, and it is sufficient to recognize the region as the spirit as a moving body by setting an appropriate time interval. The difference image is used for the extraction of the smoke area by utilizing the possibility.

【0038】本発明では、動体を計測する特徴量とし
て、画像データの輝度情報を使用し、輝度情報は、カラ
ーRGB画像からグレースケール白黒情報に変換する。
In the present invention, the brightness information of the image data is used as the characteristic amount for measuring the moving body, and the brightness information is converted from the color RGB image into the grayscale monochrome information.

【0039】(1)フレーム間差分 噴煙領域の抽出は、基本的に2フレームの画像の差分情
報を使う。時刻t、位置(x,y)の輝度をI(t,
x,y)とすると、2時刻t=tlとt=t2(t2>
tl)の画像を使って、差分情報D(x,y)を作る。
(1) Difference between frames Extraction of a smoke area basically uses difference information of images of two frames. At time t, the brightness at the position (x, y) is I (t,
x, y), two times t = tl and t = t2 (t2>
Difference information D (x, y) is created using the image of tl).

【0040】[0040]

【数6】 一定の閾値thを設定して、D(x,y)の値がthよ
りも大きいときに、動領域とする。噴煙領域内の全ての
位置に明確なパターンがあれば、この処理だけで噴煙領
域を抽出することができるが、ビデオ画像の場合には撮
影可能な輝度範囲に制限があるため、噴煙領域内部に情
報が欠落している領域がある。従って、上記差分処理を
行うだけでは噴煙領域の輪郭が一部のみ抽出されること
が多い。また、画像上のノイズを輝度差と認識して誤検
出が起こることを免れない。グレースケール化した噴煙
ビデオ画像の例を示したのが図5(A)であり、その差
分画像の例を示したのが図5(B)である。
[Equation 6] A fixed threshold th is set, and when the value of D (x, y) is larger than th, it is set as a moving area. If there is a clear pattern at all positions in the smoke area, this process can extract the smoke area, but in the case of a video image, the brightness range that can be captured is limited, so the smoke area is There are areas where information is missing. Therefore, only a part of the outline of the smoke area is often extracted only by performing the difference processing. In addition, it is unavoidable that noise on the image is recognized as a brightness difference and erroneous detection occurs. FIG. 5A shows an example of a grayscale fumes smoke video image, and FIG. 5B shows an example of a difference image thereof.

【0041】(2)時間軸方向の積算 噴煙領域の輪郭全体を抽出するために、検出領域につい
て時間軸方向に積算する。この時間軸方向の積算では、
aを1以下の定数として、a倍した1フレーム前の輝度
差の差分情報を積算していくと、過去の差分情報は次第
に減衰して、やがて影響がなくなり、誤検出した領域で
も、次回の画像サンプリング時以降には、検出範囲外に
なる。
(2) Integration in the time axis direction In order to extract the entire contour of the smoke area, the detection area is integrated in the time axis direction. In this time axis integration,
When a is a constant of 1 or less, and the difference information of the brightness difference one frame before, which is multiplied by a, is accumulated, the past difference information is gradually attenuated and eventually has no effect. It is outside the detection range after image sampling.

【0042】(3)拡大縮小による穴埋め フレーム間差分を用い時間軸方向の積算を行った後、噴
煙領域全体を抽出するためには、輪郭の内部を埋める必
要がある。一般的な画像計測手法で、分離した形状を一
つのカテゴリーに統一したり、2値化で一部が欠損した
領域の穴埋めをする手法に、拡大縮小法がある。この処
理では、オリジナル画像で離れた位置にある検出点を総
合し、結合した結果の周囲を削り取る操作を行う。
(3) Filling by enlargement / reduction After the integration in the time axis direction is performed using the difference between the frames, it is necessary to fill the inside of the contour in order to extract the entire smoke area. The scaling method is a general image measurement method that unifies the separated shapes into one category and fills in a region that is partially lost by binarization. In this process, the detection points located at positions distant from each other in the original image are integrated, and the periphery of the combined result is scraped.

【0043】まず画像サイズと同じ大きさの、一時記憶
領域T1(x,y)とT2(x,y)を確保する。Tl
は全て「非検出」に初期化し、T2は全て「検出」に初
期化する。次に検出した結果の画像を1画素ずつ調査
し、「検出」と「非検出」画素に分離する。「検出」画
素を中心として指定した半径rlの領域を全て検出領域
として一時記憶領域に登録する。さらに、一時記憶領域
Tlを調査する。「非検出」画素の位置について一時記
憶領域T2で半径r2の領域を全て非検出領域とする。
この結果得られた一時記憶領域T2を最終結果とする。
オリジナル画像で、2×rl以内の離れた検出点を結合
することができる。
First, temporary storage areas T1 (x, y) and T2 (x, y) having the same size as the image size are secured. Tl
All are initialized to "non-detection" and all T2 are initialized to "detection". The resulting image is then examined pixel by pixel and separated into "detected" and "non-detected" pixels. All the areas having the radius rl designated with the "detection" pixel as the center are registered as the detection areas in the temporary storage area. Furthermore, the temporary storage area Tl is investigated. Regarding the position of the "non-detection" pixel, all the areas having the radius r2 in the temporary storage area T2 are set as non-detection areas.
The temporary storage area T2 obtained as a result is set as the final result.
In the original image, distant detection points within 2 × rl can be combined.

【0044】(4)特定輝度部分の排除 噴煙領域を輝度情報によって分離する場合、屋外におい
て噴煙は白い水蒸気を多量に含むことが多いので、地面
などの輝度が低い部分とは明確に分離できる。地面の輝
度を抽出するために、地面の輝度の平均と分散を求め、
適当な輝度値以上の領域に噴煙があると考える。また、
空の輝度と噴煙領域の輝度も異なる。噴煙領域の輝度
は、空の輝度よりも高い可能性も低い可能性もあるの
で、地面領域を排除するときのように大きさ比較だけで
はなく、適当な範囲を指定して排除する。
(4) Exclusion of Specific Luminance Part When separating the smoke area by brightness information, the smoke often contains a large amount of white water vapor outdoors, so that it can be clearly separated from a low brightness area such as the ground. To extract the ground brightness, find the average and variance of the ground brightness,
It is considered that there is an eruption smoke in a region with an appropriate luminance value or more. Also,
The brightness of the sky and the brightness of the smoke area are also different. Since the brightness of the smoke area may be higher or lower than the brightness of the sky, not only the size comparison as when the ground area is excluded, but an appropriate range is specified and excluded.

【0045】(5)噴煙高さの検出 噴煙の高さは、噴煙領域から孤立した誤検出点や誤検出
領域をできるだけ排除したうえで求める必要がある。噴
煙領域では、噴煙の幅が比較的一定になることを仮定す
ると、検出画像の水平ラインごとに検出画素数を数え、
検出画素数ヒストグラムを「放出」領域と「非検出」領
域に最も有効に2分割する画素数を求め、その画素数を
元に検出画像から噴煙高さを判定する手法が考えられ
る。
(5) Detection of smoke height The height of smoke should be determined after eliminating false detection points or false detection areas isolated from the smoke area as much as possible. In the smoke area, assuming that the width of the smoke is relatively constant, count the number of detected pixels for each horizontal line of the detected image,
A method is conceivable in which the number of pixels that most effectively divides the histogram of the number of detected pixels into an “emission” region and a “non-detection” region is determined and the smoke height is determined from the detected image based on the number of pixels.

【0046】ある水平ラインyを考えたとき、その水平
ラインが噴煙領域に含まれると、噴煙の幅によって検出
画素数の総和がある一定値に近くなることが予想され
る。また、噴煙領域に含まれないときには、噴煙領域以
外のある一定値(0)に近くなることが予想される。従
って、噴煙領域の幅と0を最も有効に2分割する閾値を
求めることができれば、検出画像上部から順次検索し
て、初めて閾値を越すような水平ラインを求めること
で、噴煙高を求めることができる。
Considering a certain horizontal line y, when the horizontal line is included in the smoke area, it is expected that the total sum of the number of detected pixels will be close to a certain value depending on the width of the smoke. Further, when it is not included in the smoke area, it is expected to be close to a certain value (0) outside the smoke area. Therefore, if the threshold for dividing the width of the smoke area and 0 into the two can be obtained most effectively, the smoke height can be obtained by sequentially searching from the upper part of the detected image and finding the horizontal line that exceeds the threshold for the first time. it can.

【0047】閾値を求めるためには、大津の方法を使用
する。これはグレースケール画像を2値化するときの最
も有効な閾値を求める方法である。判別分析の手法を使
って、画像の輝度で2グループに分離したときの2グル
ープ間のクラス間距離が最大になる閾値を探す。
To obtain the threshold value, the method of Otsu is used. This is a method of obtaining the most effective threshold value when binarizing a grayscale image. A discriminant analysis method is used to search for a threshold value that maximizes the inter-class distance between two groups when the two groups are separated by the brightness of the image.

【0048】(6)正規化噴煙幅の算定 噴煙の形状を正確に記述するのは難しい。既存の研究報
告では、噴煙の三次元的な形状を楕円体あるいは逆円錐
とみなして計測した例がある。本発明を用いるような噴
煙、噴気の観測の場合には、噴出条件や大気の気象条件
によって噴煙の向きが異なるため、かならずしも体積を
計算できる断面形状が観測できるとは限らない。そこ
で、本発明では噴煙の形状を2次元的な断面で表現する
ものとし、検出できた噴煙領域面積を噴煙高さで割った
値を、正規化噴煙幅として表示する。この値は幅広い噴
煙か細長い噴煙かを単純に判別するために用いる。
(6) Calculation of normalized plume width It is difficult to describe the shape of plume accurately. In existing research reports, there is an example in which the three-dimensional shape of plume is measured as an ellipsoid or an inverted cone. In the case of observing fumes and fumaroles using the present invention, the direction of the fumes varies depending on the ejection conditions and atmospheric weather conditions, and therefore, it is not always possible to observe a cross-sectional shape whose volume can be calculated. Therefore, in the present invention, the shape of the plume is expressed by a two-dimensional cross section, and the value obtained by dividing the detected plume area by the plume height is displayed as the normalized plume width. This value is used to simply discriminate between broad and elongated plumes.

【0049】噴煙、噴気の噴出速度の計測を行う(ステ
ップS17)。 B.噴煙、噴気の噴出速度の計測 噴煙、噴気の噴出速度を求めるには、画像の隣接フレー
ムを用いた速度ベクトルの算出を行う(ステップS1
8)。画像の移動ベクトル(オプティカルフロー)を求
める方法は、動体の特徴点を追跡する方法と、2枚の画
像をずらして面的な画像フレーム間相関を求める方法と
がある。噴煙や噴気は、移動体としては形状が連続的に
なめらかに変化する。しかし形状は常に変化し、しかも
全体に均一には変化しない。そのためある特徴点を追跡
することが必ずしも領域の移動量を代表するとは限らな
い。画像フレーム間相関を求めるやり方では、いろいろ
な変位に対して相互相関関数を計算し、結果の最大値を
与える変位を探すことで物体位置の変位量を求めること
ができる。そこで本発明では画像フレーム間相関を求め
る手法を用いる。また画像相関関数の計算は、入力画像
を2値化してからのレベルの一致面積を求める方法を用
いる。
The ejection speed of fumes and fumes is measured (step S17). B. Measurement of ejection velocity of fumes and fumes To obtain ejection velocity of fumes and fumes, velocity vectors are calculated using adjacent frames of the image (step S1).
8). There are two methods of obtaining the movement vector (optical flow) of an image: a method of tracking a feature point of a moving body and a method of shifting two images to obtain a planar image frame correlation. The shape of smoke and fumes changes continuously and smoothly as a moving body. However, the shape is constantly changing, and is not changing uniformly throughout. Therefore, tracking a certain feature point does not always represent the movement amount of the area. In the method of obtaining the correlation between image frames, the amount of displacement of the object position can be obtained by calculating the cross-correlation function for various displacements and searching for the displacement that gives the maximum value of the results. Therefore, in the present invention, a method of obtaining the correlation between image frames is used. Further, the image correlation function is calculated by using the method of obtaining the level matching area after binarizing the input image.

【0050】(1)画像フレーム間相関演算 画像フレーム間相関を求めるためには、参照画像(テン
プレート)と未知画像がどの程度似ているかを評価する
関数が必要である。このときに使う評価関数には、一般
的には「輝度差の総和」と「正規化相関」がある。これ
らの演算量は大幅に異なり、「輝度差の総和」の方が演
算時間が短い。しかし屋外において噴煙のような変位ベ
クトルを求めるときには、フレームとともに画像の明る
さが異なると、「輝度差の総和」では正確にベクトルを
検出できない場合がある。そこで本発明では正規化相互
演算を採用している。
(1) Correlation calculation between image frames In order to calculate the correlation between image frames, a function for evaluating how similar the reference image (template) and the unknown image are to each other is required. The evaluation function used at this time generally includes “sum of brightness differences” and “normalized correlation”. These calculation amounts are significantly different, and the “sum of brightness differences” has a shorter calculation time. However, when a displacement vector such as a volcanic smoke is obtained outdoors, if the brightness of the image differs with the frame, the vector may not be accurately detected by the "sum of brightness differences". Therefore, in the present invention, the normalized mutual operation is adopted.

【0051】「正規化相関」は、参照画像と未知画像の
対応ピクセルの輝度の乗算一致量を、計測ウインドウ領
域全体の輝度の平均値に対して正規化したものである。
完全に一致するときには「1」、無相関(全く関係のな
い2枚の画像など)のときには「0」になる。
The "normalized correlation" is a value obtained by normalizing the multiplying coincidence amount of the luminances of the corresponding pixels of the reference image and the unknown image with respect to the average luminance value of the entire measurement window area.
It is "1" when they completely match, and "0" when they are uncorrelated (such as two images having no relation).

【0052】速度/変位ベクトルの計測では、設定した
計測ウインドウで参照画像を指定する。次のフレーム
で、この領域がどちらの方向にどれくらいの大きさ移動
したかを検出するためには、計測ウインドウの位置を参
照画像の周囲で少しずつずらしながら、評価関数で各ず
らし位置に対する「似ている度合い」を求める。この中
からもっとも似ている位置との差を、求める速度または
変位とする。
In measuring the velocity / displacement vector, the reference image is designated in the set measurement window. In order to detect in which direction and how much this area has moved in the next frame, the position of the measurement window is gradually shifted around the reference image, and the evaluation function is used to calculate the “similarity” to each displacement position. "The degree that it has". The difference from the most similar position is defined as the speed or displacement to be obtained.

【0053】(2)サブピクセル堆定 屋外において噴煙、噴気等を遠隔観測する際には、デジ
タル化した画像の画素分解能が限られるため、画素単位
でオプティカルフローを求めるだけでは相関を充分に得
られない。本発明では、図7(A)に示すような画素単
位で求められた画像フレーム間相関係数の最大値(最大
一致ずらし位置)を中央に含む隣接3係数を使用し、図
7(B)に示すような3点を通る2次曲線の連立方程式
を解くことで2次元補間を行って画素単位以下の精度で
の相関を得る。
(2) Sub-pixel positing When remotely observing smoke, fumes, etc. outdoors, the pixel resolution of the digitized image is limited, so obtaining the optical flow on a pixel-by-pixel basis will provide sufficient correlation. I can't. In the present invention, the adjacent 3 coefficients including the maximum value (maximum coincidence shift position) of the inter-image frame correlation coefficient obtained in pixel units as shown in FIG. 7A are used, and FIG. The two-dimensional interpolation is performed by solving a simultaneous equation of a quadratic curve that passes through three points as shown in (1) to obtain a correlation with an accuracy of a pixel unit or less.

【0054】(3)信頼性の検討 本システムでは計測結果に対して計測データの信頼性や
使用した画像の適合性についての確認を行う。計測に使
用したフレーム間の類似度については、サブピクセル最
大一致位置における相関関数値を計測ウインドウ面積で
正規化し、完全一致時に100%になるように補正した
Pk値(正規化ピーク高)を用いる。また最大一致位置
の明確さについては、最大一致位置周辺の値を使って2
次補間したときの、相関関数の原点ピークの鋭さをあら
わす値を用いて判定する。これらの値は速度ベクトル計
測値と共にデータ一覧として出力される。
(3) Examination of reliability In this system, the reliability of the measurement data and the suitability of the used image are confirmed with respect to the measurement result. Regarding the similarity between the frames used for the measurement, the Pk value (normalized peak height) is used in which the correlation function value at the subpixel maximum matching position is normalized by the measurement window area and corrected to 100% at the time of perfect matching. . For the clarity of the maximum matching position, use the values around the maximum matching position.
The determination is made using a value that represents the sharpness of the origin peak of the correlation function when the next interpolation is performed. These values are output as a data list together with the velocity vector measurement values.

【0055】(4)データの統計処理、噴出速度ベクト
ルの算出 屋外における噴煙や噴気の噴出は必ずしも定常的ではな
いので、噴出速度ベクトルは、計測回数や計測時間を設
定して複数回測定し、平均値や分散を求める統計的な処
理を行い、統計処理を行った噴出ベクトル値を算出す
る。 C.結果の表示、データの出力 上記の処理を行い計測した噴煙、噴気の高さ、正規化噴
煙幅、および噴出速度を実距離に換算して出力する(ス
テップS19、S20)。本発明では、これらの結果を
一覧表、および簡易グラフに表示することにより、観測
結果を視覚化している。また、時系列に記述した計測結
果をリアルタイムに表示すると共に、データファイルと
して出力し、噴出速度ベクトルについては統計処理を行
う前の各測定ごとの計測値をデータファイルとして出力
する。これらのデータファイルは観測結果についてより
高度な解析を行うために用いられる。設定した計測領域
内の速度ベクトルの表示例を示したのが図8(A)であ
り、噴出速度ベクトルが比較的小さい表示例を示したの
が図8(B)である。また、噴煙高さの時間変化を視覚
化した出力例を示したのが図9である。
(4) Statistical processing of data, calculation of jet velocity vector Since jets of smoke and fumes are not always steady outdoors, the jet velocity vector is measured a plurality of times by setting the number of times of measurement and the measuring time, Statistical processing for obtaining the average value and variance is performed, and the jet vector value subjected to the statistical processing is calculated. C. Display of results, output of data The fumes, the height of the fumes, the normalized fumes width, and the ejection speed measured by performing the above-described processing are converted into an actual distance and output (steps S19 and S20). In the present invention, the observation results are visualized by displaying these results in a list and a simple graph. In addition, the measurement results described in time series are displayed in real time and are output as a data file, and the ejection velocity vector is output as a data file for each measurement before statistical processing. These data files will be used for more sophisticated analysis of the observations. FIG. 8A shows a display example of the velocity vector in the set measurement region, and FIG. 8B shows a display example in which the ejection velocity vector is relatively small. Further, FIG. 9 shows an output example in which the temporal change in the height of the smoke is visualized.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下のような効果が得られる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0057】屋外における自然現象としての噴煙や噴
気をリアルタイムに計測できる。すなわち、ビデオ画像
を用いた動体の追跡、流動体の運動形態の解析は、室内
実験のような場において近年は盛んに用いられるように
なってきた。しかし動画像を用いて、屋外における自然
現象としての噴煙や噴気を直接観測するためのシステム
は少なく、従来の動画像を利用した屋外用観測機器も、
監視を行う目的で単に画像記録機器のみを設置するもの
であった。本発明によれば、パーソナルコンピュータの
制御によって動画像の記録、画像の処理、解析結果の出
力を一貫して行うことができ、また、野外の条件の下で
の画像を取得し、解析をシステム内でリアルタイムに行
うために、観測地点の位置情報の設定や計測範囲を調節
する機能を有するほか、解析を行うために必要な計測条
件、解析条件の設定を容易に行うことができる。
It is possible to measure smoke or fumes as a natural phenomenon outdoors in real time. That is, the tracking of a moving body and the analysis of the motion form of a fluid using a video image have been widely used in recent years in a field such as a laboratory experiment. However, there are few systems for directly observing smoke and fumes as natural phenomena outdoors using moving images, and conventional outdoor observation equipment using moving images also
Only the image recording device was installed for the purpose of monitoring. According to the present invention, it is possible to consistently record a moving image, process an image, and output an analysis result under the control of a personal computer, and acquire an image under an outdoor condition to perform an analysis system. In addition to having the function of setting the position information of the observation point and adjusting the measurement range in order to perform it in real time, it is possible to easily set the measurement conditions and analysis conditions necessary for performing the analysis.

【0058】画像処理により噴煙や噴気の形態を連続
的、自動的、定量的に計測できる。すなわち、これまで
のシステムは、ビデオカメラ等によって取得した噴煙や
噴気の動画像について、それらの画像上の計測に画像処
理のアルゴリズムを用いたものはない。本発明によれ
ば、動画像を用い、任意の時間間隔の差分画像から画素
単位の輝度差を読みとって、時間軸積算や拡大縮小によ
る穴埋め、特定輝度部分の排除などの画像処理アルゴリ
ズムにより移動体の領域を抽出することができる。さら
に画像の任意の範囲に対し、任意の時間間隔の画像間相
関演算によりオプティカルフローを検出する、という画
像処理アルゴリズムを用いて噴出速度を算出することが
できる。このことにより計測を自動化し、長期間にわた
って時系列的に連続した計測を定量的かつ容易に行うこ
とができるところに本発明の特徴がある。
By image processing, the form of fumes and fumes can be measured continuously, automatically and quantitatively. In other words, the conventional systems do not use image processing algorithms for measuring the moving images of fumes and fumes acquired by a video camera or the like on those images. According to the present invention, a moving image is read from a difference image at arbitrary time intervals by using a moving image, and the moving object is read by an image processing algorithm such as time-axis integration or hole filling by enlargement / reduction or exclusion of a specific luminance portion. Area can be extracted. Furthermore, the ejection velocity can be calculated by using an image processing algorithm that detects an optical flow in an arbitrary range of an image by an inter-image correlation calculation at an arbitrary time interval. As a result, the characteristic of the present invention is that the measurement can be automated and the continuous measurement in time series over a long period of time can be quantitatively and easily performed.

【0059】解析手段に応じた観測結果を出力でき
る。すなわち、これまでの噴煙、噴気の観測システムで
は、計測結果は生データとしてシステム外に取り出して
解析を行うのが一般的であった。本発明によれば、解析
目的にあわせて、任意の時間間隔で時系列的に連続した
データを取得し、画像処理による計測結果を可視化した
グラフや、一覧表、データファイルなどの形でリアルタ
イムに出力することができる。さらにこれらのデータを
解析し統計的な処理を加えて出力することもできるとこ
ろに大きな特徴がある。
It is possible to output the observation result according to the analysis means. That is, in the conventional smoke and fumarole observation systems, it has been common to take the measurement results out of the system as raw data for analysis. According to the present invention, in accordance with the purpose of analysis, continuous data is acquired in a time series at arbitrary time intervals, and the results of measurement by image processing are visualized in the form of graphs, lists, data files, etc. in real time. Can be output. Furthermore, there is a great feature in that these data can be analyzed, statistically processed and output.

【0060】以上のように本発明によれば、火山等の噴
煙の画像による連続的監視を行い、噴煙の量、到達高
度、噴出口付近の噴出速度を定量的にかつ連続的に自動
測定することができる。噴煙の量および噴出速度は地下
のマグマの活動と密接な関連があると考えられ、噴出速
度と噴煙の直径から放熱量を推定することは既に行われ
ている。本発明は、噴煙の速度を遠隔地点から連続的、
自動的に観測することにより計測値の統計的な解析も容
易に行うことができる。さらに噴出速度と噴煙量や噴煙
高さとの比較を定量的かつリアルタイムで行うことがで
きるので、現在人間の目視によって定性的に行われてい
る画像による火山活動の監視を、定量的かつ効率的に行
うことができる。観測者はこのシステムによって連続的
に得られた計測値から大きな変化を読みとって警報を発
することもできる。またこのシステムは噴煙の各部分の
速度分布を計測することにより噴煙の内部構造や発達過
程を堆定することができるため、基礎研究用の観測機器
としても有用である。
As described above, according to the present invention, the volcanic smoke of a volcano or the like is continuously monitored, and the amount of volcanic smoke, the reaching altitude, and the jet speed near the jet outlet are quantitatively and continuously automatically measured. be able to. It is considered that the amount and rate of eruption smoke are closely related to the activity of underground magma, and it has already been performed to estimate the amount of heat radiation from the rate of eruption and the diameter of smoke plume. The present invention continuously changes the velocity of smoke from a remote point,
By automatically observing, statistical analysis of measured values can be easily performed. Furthermore, since it is possible to make a quantitative and real-time comparison of the eruption velocity with the amount of smoke and the height of smoke, it is possible to quantitatively and efficiently monitor volcanic activity using images that are qualitatively visually observed by humans. It can be carried out. The observer can also read a large change from the measurement values continuously obtained by this system and issue an alarm. In addition, this system is useful as an observation instrument for basic research because it can deposit the internal structure and development process of the plume by measuring the velocity distribution of each part of the plume.

【0061】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、噴煙・噴気の観測を行うものとして
説明したが、噴煙等として噴煙、噴気だけでなく雲や
霧、工場排煙、雪崩の挙動解析、火災のモニタリングな
ど、上記と同様な現象に対する観測にも使用できる。し
たがって、例えば局地的な雲・霧発生や工場排煙のモニ
タリングなどの環境分野、雪崩の挙動解析などの雪氷分
野、火災のモニタリングなど消防分野などへの適用も可
能である。さらに、斜面の崩壊や地すべりなどの不定形
の輪郭をもち、かつ一定方向に移動する動体を追跡し、
領域を抽出したり移動速度を計測したりすることにも適
用が可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-mentioned embodiment, the explanation was made assuming that the observation of fumes and fumaroles was performed, but as fumes, etc., not only fumes, fumes but also clouds and fog, factory smoke, avalanche behavior analysis, fire monitoring, etc. It can also be used to observe various phenomena. Therefore, it can be applied to, for example, environmental fields such as local cloud / fog generation and factory smoke emission monitoring, snow and ice fields such as avalanche behavior analysis, and fire fighting fields such as fire monitoring. Furthermore, it tracks moving objects that have irregular contours such as slope collapse and landslides and that move in a certain direction.
It can also be applied to extract a region and measure a moving speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係る噴煙等の観測システムの実施の
形態を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an observation system for smoke and the like according to the present invention.

【図2】 本発明に係る噴煙等の観測システムによる噴
煙解析フローチャートである。
FIG. 2 is a flow chart of a volcanic plume analysis by a volcanic plume observation system according to the present invention.

【図3】 画像上での基準点、対地目標、噴出速度計測
領域の設定例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a setting example of a reference point, a ground target, and an ejection velocity measurement region on an image.

【図4】 差分画像による移動領域の認識を説明するた
めの図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining recognition of a moving area based on a difference image.

【図5】 グレースケール化した噴煙ビデオ画像の差分
画像の例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a difference image of a grayscale fumigation smoke video image.

【図6】 噴煙高さの算出及び判別分析により閾値を設
定し誤判別を防止する例を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining an example of setting a threshold value by calculation of smoke height and discriminant analysis to prevent erroneous discrimination.

【図7】 最大一致位置の検索及び補間処理を説明する
ための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a search for a maximum matching position and an interpolation process.

【図8】 観測結果の視覚化した表示例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a visualized display of observation results.

【図9】 噴煙高さの時間変化を視覚化した出力例を示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an output example in which a temporal change in the smoke height is visualized.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…画像入力部、2…噴煙領域抽出部、3…噴煙高さ観
測部、4…画像間相関解析部、5…噴出速度観測部、6
…観測データファイル、7…観測データ出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image input part, 2 ... Smoke area extraction part, 3 ... Smoke height observation part, 4 ... Image correlation analysis part, 5 ... Ejection velocity observation part, 6
… Observation data file, 7… Observation data output section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G06T 7/20 G01C 15/00 104Z // G01C 15/00 104 G01B 11/24 K (56)参考文献 特開 平6−20052(JP,A) 特開 平6−308256(JP,A) 池上真志樹、恩田邦夫、青木由直, “画像による流動する粉体(雪)の検出 法”,電子情報通信学会技術研究報告, 日本,社団法人電子情報通信学会,1990 年 2月23日,第89巻、第436号,p. 23−28 福井敬一,“阿蘇火山から非噴火時に 放出されるH2Oと熱エネルギー”,火 山,日本,日本火山学会,1995年 9月 20日,第40巻、第4号,p.233−248 神宮司元治、江原幸雄,“最大噴気直 径を利用した火山噴気放出量及び放熱量 測定法”,火山,日本,日本火山学会, 1996年 3月 5日,第41巻、第1号, p.23−29 六日市正弘、浜田望,“エッジにおけ る速度拘束式とエッジ連結を考慮したオ プティカルフロー推定”,電子情報通信 学会論文誌,日本,社団法人電子情報通 信学会,1999年 3月25日,第J82−D −2巻、第3号,p.407−414 村岡一信、千葉則茂、高橋宏道、三浦 守,“渦場と粒子による煙や炎の2次元 CGシミュレーション”,電子情報通信 学会論文誌,日本,社団法人電子情報通 信学会,1993年 8月25日,第J76−D −2巻、第8号,p.1735−1745 小林敏雄、岡本孝司、佐賀徹雄,“P article Image Velo cimetryの展開”,可視化情報, 日本,社団法人可視化情報学会,2000年 4月 1日,第20巻、第77号,p. 107−112 鍵山恒臣,“火山から噴気による熱エ ネルギーとH2Oの放出量−Plume riseからの推定−”,火山,日 本,日本火山学会,1978年10月 1日, 第23巻、第3号,p.183−197 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01W 1/00 - 1/18 G01B 11/00 - 11/30 G01P 3/00 - 3/80 G06T 1/00 - 1/60 G06T 7/00 - 7/60 G01C 15/00 - 15/14 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI G06T 7/20 G01C 15/00 104Z // G01C 15/00 104 G01B 11/24 K (56) Reference JP-A-6-20052 (JP, A) JP-A-6-308256 (JP, A) Masaki Ikegami, Kunio Onda, Yoshinao Aoki, “Detection Method of Flowing Powder (Snow) by Image”, IEICE Technical Report, Japan, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, February 23, 1990, Vol. 89, No. 436, p. 23-28 Keiichi Fukui, "H2O and Thermal Energy Emitted from Non-Eruption from Aso Volcano", Hiyama , Japan, Volcano Society of Japan, September 20, 1995, Volume 40, No. 4, p. 233-248 Tsukasa Jingu, Yukio Ehara, "Method for measuring volcanic fumarolic emissions and heat radiation using maximum fumarolic diameter," Volcano, Japan, Volcano Society of Japan, March 5, 1996, Vol. 41, No. 1. , p. 23-29 Masahiro Muikaichi, Nozomu Hamada, “Optical Flow Estimation Considering Velocity Constrained Equation and Edge Connection at Edge”, IEICE Transactions, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1999 3 25th, Vol. J82-D-2, No. 3, p. 407-414 Kazunobu Muraoka, Norishige Chiba, Hiromichi Takahashi, Mamoru Miura, “Two-dimensional CG simulation of smoke and flame by eddy field and particles”, IEICE Transactions, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1993 August 25, J76-D-2, No. 8, p. 1735-1745 Toshio Kobayashi, Koji Okamoto, Tetsuo Saga, "Development of the Particle Image Velocity", Visualization Information, Japan, Visual Information Society of Japan, April 1, 2000, Volume 20, No. 77, p. 107-112 Kaneyama, Tsuneomi, "Heat energy and H2O emission from volcanic fumes-Estimated from plume rise", Volcano, Japan, Volcano Society of Japan, October 1, 1978, Volume 23, Vol. No. 3, p. 183-197 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01W 1/00-1/18 G01B 11/00-11/30 G01P 3/00-3/80 G06T 1/00-1 / 60 G06T 7/00-7/60 G01C 15/00-15/14 JISST file (JOIS)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 噴煙等の領域を抽出し、噴煙等の形状・
高さと噴出速度の時系列変化を連続的に計測する噴煙等
の観測システムであって、 固定点から撮影した時系列的に連続する画像を入力する
画像入力手段と、 前記画像入力手段より入力された画像の任意の時間間隔
の差分画像から得られる画素単位の輝度差を読み取り、
少なくとも時間軸積算、拡大縮小による穴埋め、特定輝
度部分の排除を行って噴煙領域を抽出する噴煙領域抽出
手段と、 前記噴煙領域抽出手段により抽出された噴煙領域の噴煙
形状・高さを求める噴煙高さ観測手段と、 前記画像入力手段より入力された画像の任意の範囲に対
し任意の時間間隔の画像フレーム間相関演算によりオプ
ティカルフローを検出する画像間相関解析手段と、 前記画像間相関解析手段により検出されたオプティカル
フローから噴出速度を求める噴出速度観測手段とを備え
たことを特徴とする噴煙等の観測システム。
1. A region of eruption smoke or the like is extracted to determine the shape of eruption smoke or the like.
An observation system for volcanic plume, etc. for continuously measuring time-series changes in height and ejection speed, comprising image input means for inputting time-sequentially continuous images taken from a fixed point, and input from the image input means. Read the brightness difference in pixel units obtained from the difference image at any time interval of the image,
Fume area extraction means for extracting at least a time axis integration, hole filling by expansion / reduction, and removal of a specific brightness part to extract a smoke area, and a smoke height / shape for obtaining the smoke shape / height of the smoke area extracted by the smoke area extraction means. Observing means, an inter-image correlation analyzing means for detecting an optical flow by an inter-frame correlation calculation at an arbitrary time interval for an arbitrary range of an image inputted by the image input means, and the inter-image correlation analyzing means A system for observing smoke and the like, comprising: a jet velocity observing means for obtaining a jet velocity from the detected optical flow.
【請求項2】 噴煙形状・高さ観測手段は、検出画像の
水平ラインごとに検出画素数を数えて検出画素数のヒス
トグラムから噴煙高さを判定することを特徴とする請求
項1記載の噴煙等の観測システム。
2. The plume shape / height observing means counts the number of detected pixels for each horizontal line of the detected image and determines the plume height from the histogram of the number of detected pixels. Etc. observation system.
【請求項3】 噴煙形状・高さ観測手段は、前記噴煙領
域の面積と判定した噴煙高さを用いて正規化した噴煙幅
を算出することを特徴とする請求項1記載の噴煙等の観
測システム。
3. The plume shape / height observing means calculates a plume width normalized by using the plume height determined to be the area of the plume region, to observe the plume smoke and the like. system.
【請求項4】 画像間相関解析手段は、参照画像と未知
画像の対応ピクセルの輝度の乗算一致量を、計測ウイン
ドウ領域全体の輝度の平均値に対して正規化して画像フ
レーム間相関演算によりオプティカルフローを検出する
ことを特徴とする請求項1記載の噴煙等の観測システ
ム。
4. The inter-image correlation analysis means normalizes the multiplication and coincidence amount of the luminances of the corresponding pixels of the reference image and the unknown image with respect to the average value of the luminances of the entire measurement window region, and performs the optical correlation by the image frame correlation calculation. The system for observing plume smoke according to claim 1, wherein a flow is detected.
【請求項5】 画像間相関解析手段は、画素単位で求め
られた画像フレーム間相関係数の最大一致ずらし位置を
中央に含む隣接3係数を使用し、3点を通る2次曲線の
連立方程式を解くことで2次元補間を行って画素単位以
下の精度での相関を得ることを特徴とする請求項4記載
の噴煙等の観測システム。
5. The inter-image correlation analysis means uses three adjacent coefficients including the maximum coincidence shift position of the inter-image frame correlation coefficients obtained in pixel units in the center, and simultaneous equations of quadratic curves passing through three points. 5. The system for observing volcanic smoke and the like according to claim 4, wherein a two-dimensional interpolation is performed by solving the above to obtain a correlation with an accuracy of pixel unit or less.
【請求項6】 噴出速度観測手段は、計測ウインドウで
参照画像を指定して評価関数で各ずらし位置に対するも
っとも似ている位置との差を速度または変位として求め
ることを特徴とする請求項1記載の噴煙等の観測システ
ム。
6. The ejection velocity observing means specifies a reference image in a measurement window and obtains a difference between each shifted position and the most similar position as a velocity or displacement by an evaluation function. Observation system for smoke from Japan.
【請求項7】 噴出速度観測手段は、計測回数または計
測時間を設定して複数回測定した速度を統計処理するこ
とにより噴出ベクトル値を算出することを特徴とする請
求項6記載の噴煙等の観測システム。
7. The eruption smoke value according to claim 6, wherein the ejection velocity observing means calculates the ejection vector value by statistically processing the velocity measured a plurality of times by setting the number of times of measurement or measurement time. Observation system.
JP2000286548A 2000-09-21 2000-09-21 Observation system for plumes Expired - Fee Related JP3436519B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000286548A JP3436519B2 (en) 2000-09-21 2000-09-21 Observation system for plumes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000286548A JP3436519B2 (en) 2000-09-21 2000-09-21 Observation system for plumes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002090471A JP2002090471A (en) 2002-03-27
JP3436519B2 true JP3436519B2 (en) 2003-08-11

Family

ID=18770455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000286548A Expired - Fee Related JP3436519B2 (en) 2000-09-21 2000-09-21 Observation system for plumes

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3436519B2 (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4266535B2 (en) * 2001-04-27 2009-05-20 株式会社シー・イー・デー・システム Black smoke detection system
JP4706978B2 (en) 2004-03-31 2011-06-22 東京電力株式会社 Fluid measurement system and computer program
JP2007267240A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Fujifilm Corp Motion vector calculation program and calculation apparatus, and imaging apparatus
JP4926603B2 (en) * 2006-08-17 2012-05-09 能美防災株式会社 Smoke detector
JP4807626B2 (en) * 2006-12-01 2011-11-02 東京電力株式会社 Image analysis system and computer program
JP2008209417A (en) * 2007-01-29 2008-09-11 Tama Tlo Kk Image analysis apparatus, its method, and program
JP4778917B2 (en) * 2007-02-16 2011-09-21 株式会社ケーヒン Tandem valve type throttle body for motorcycles
JP5697587B2 (en) * 2011-12-09 2015-04-08 三菱電機株式会社 Vehicle fire detection device
JP5792671B2 (en) * 2012-03-30 2015-10-14 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Abnormality detection method and abnormality detection device
JP5902990B2 (en) * 2012-04-13 2016-04-13 日立建機株式会社 Self-propelled industrial machine image processing device
JP7143174B2 (en) * 2018-10-03 2022-09-28 ホーチキ株式会社 Smoke detection device and smoke identification method
CN109637073A (en) * 2019-01-08 2019-04-16 重庆水利电力职业技术学院 A kind of fire hazard aerosol fog identifying system based on optical flow method
CN111654756B (en) * 2020-06-03 2021-06-11 腾讯科技(深圳)有限公司 Method, device and equipment for detecting stuck and readable storage medium
CN112085806B (en) * 2020-09-16 2021-08-24 云南中烟工业有限责任公司 Cigarette fly ash detection device and method based on machine vision by adopting gray difference method
JP2023141392A (en) * 2022-03-24 2023-10-05 三菱重工業株式会社 Gas monitoring method, gas monitoring device, gas monitoring system and gas monitoring program

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
六日市正弘、浜田望,"エッジにおける速度拘束式とエッジ連結を考慮したオプティカルフロー推定",電子情報通信学会論文誌,日本,社団法人電子情報通信学会,1999年 3月25日,第J82−D−2巻、第3号,p.407−414
小林敏雄、岡本孝司、佐賀徹雄,"Particle Image Velocimetryの展開",可視化情報,日本,社団法人可視化情報学会,2000年 4月 1日,第20巻、第77号,p.107−112
村岡一信、千葉則茂、高橋宏道、三浦守,"渦場と粒子による煙や炎の2次元CGシミュレーション",電子情報通信学会論文誌,日本,社団法人電子情報通信学会,1993年 8月25日,第J76−D−2巻、第8号,p.1735−1745
池上真志樹、恩田邦夫、青木由直,"画像による流動する粉体(雪)の検出法",電子情報通信学会技術研究報告,日本,社団法人電子情報通信学会,1990年 2月23日,第89巻、第436号,p.23−28
神宮司元治、江原幸雄,"最大噴気直径を利用した火山噴気放出量及び放熱量測定法",火山,日本,日本火山学会,1996年 3月 5日,第41巻、第1号,p.23−29
福井敬一,"阿蘇火山から非噴火時に放出されるH2Oと熱エネルギー",火山,日本,日本火山学会,1995年 9月20日,第40巻、第4号,p.233−248
鍵山恒臣,"火山から噴気による熱エネルギーとH2Oの放出量−Plume riseからの推定−",火山,日本,日本火山学会,1978年10月 1日,第23巻、第3号,p.183−197

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002090471A (en) 2002-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3436519B2 (en) Observation system for plumes
US6263089B1 (en) Method and equipment for extracting image features from image sequence
Hyyppa et al. A segmentation-based method to retrieve stem volume estimates from 3-D tree height models produced by laser scanners
US5323317A (en) Method and apparatus for determining runoff using remote geographic sensing
Sudheer et al. Digital image processing for determining drop sizes from irrigation spray nozzles
Xie et al. Population estimation of urban residential communities using remotely sensed morphologic data
Lu et al. A volumetric approach to population estimation using LiDAR remote sensing
Andersen et al. Automated individual tree measurement through morphological analysis of a LIDAR-based canopy surface model
Altena et al. Weekly glacier flow estimation from dense satellite time series using adapted optical flow technology
GB2569654A (en) Apparatusses, systems and methods for object tracking
WO2007007528A1 (en) Image processor and environment information observing device
CN109684986A (en) A kind of vehicle analysis method and system based on automobile detecting following
Dusek et al. WebCAT: Piloting the development of a web camera coastal observing network for diverse applications
CN113838121A (en) Smoke layer height detection method and detection system based on image recognition
Chen et al. High-speed image velocimetry system for rainfall measurement
Rangel et al. On scene flow computation of gas structures with optical gas imaging cameras
CN117129390A (en) Rainfall particle real-time monitoring system and method based on linear array camera shooting
CN117011759A (en) Method and system for analyzing multi-element geological information of surrounding rock of tunnel face by drilling and blasting method
KR20210044127A (en) Visual range measurement and alarm system based on video analysis and method thereof
KR101560810B1 (en) Space controled method and apparatus for using template image
US20170169576A1 (en) Crowd intelligence on flow velocity measurement
Zacksenhouse et al. Automatic spatial characterization of low-speed streaks from thermal images
TWI662509B (en) Development of a disdrometer and particle tracking process thereof
Czúni et al. Color based clustering for trunk segmentation
TWI597405B (en) System and method for monitoring slope with tree displacement

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3436519

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080606

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090606

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090606

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100606

Year of fee payment: 7

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100606

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110606

Year of fee payment: 8

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120606

Year of fee payment: 9

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130606

Year of fee payment: 10

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees