JP4660223B2 - 照明ランプ劣化検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば道路やトンネルなどに設置された照明ランプの劣化を検出する照明ランプ劣化装置に関するものである。

道路やトンネルの照明には、水銀灯や低圧ナトリウムランプ、蛍光灯などの放電式照明ランプが多く用いられている。これらのランプの交換には交通規制が必要になることも多く、実施時期が制約されるため、不点灯に至る前の予防保全が重要である。

従来、ランプの不点灯を検出する装置或いは劣化を検出する装置としては、センサを用いて行うものが多く、例えば特許文献１に示されているものがある。
特開２００３−２０２２６３号公報

上記に対し、道路監視システムにおいては、ＣＣＴＶカメラにより画像を得ており、この画像を用いて照明ランプの劣化検出を行うことができれば、センサなどの設備を設ける必要がない。

本発明は、カメラにより撮像した照明ランプの画像データを用いて照明ランプの劣化を検出可能とするものである。

本発明に係る照明ランプ劣化検出装置は、照明ランプを撮像するカメラと、前記カメラにより得られた画像データの輝度について、画像信号の各フィールド毎に集計を行う集計手段と、前記集計手段により集計された輝度データに基づき、フィールド毎の入射光量について、フィールドに対する周期的変化を求める変化検出手段と、前記変化検出手段により得られるデータに所定の周期性が検出された場合に前記照明ランプが劣化したと判定する判定手段とを具備することを特徴としている。

本発明に係る照明ランプ劣化検出装置では、判定手段が、各フィールドにおける光量のピーク位置に基づき劣化判定を行うことを特徴とする。

本発明に係る照明ランプ劣化検出装置では、判定手段が、各フィールドにおける光量の度数分布に基づき劣化判定を行うことを特徴とする。

本発明に係る照明ランプ劣化検出装置では、前記カメラにより撮像された画像データの一部をマスクして、画像データの輝度について処理を行うことを特徴とする。

本発明に係る照明ランプ劣化検出装置では、画像信号の各フィールド毎に集計を行って、予め定められた輝度データと、上記収集手段により得られる輝度データとを比較して劣化判定するので、画像データにより適切にランプ劣化検出を行うことが可能となる。

本発明に係る照明ランプ劣化検出装置では、また、各フィールド毎に収集された輝度データに基づき入射光量分布の周期的変化を求め、求めた上記照明ランプの正常時のデータと現時点のデータとを比較して劣化判定するので、画像データにより適切にランプ劣化検出を行うことが可能となる。

本発明では、対象となる照明ランプまたは当該ランプによる被照射物をビデオカメラで撮像し、フィールド間の輝度データを評価することにより、容易かつ高精度でランプの劣化を検知する機能を実現する。以下添付図面を参照して、本発明の照明ランプ劣化検出装置の実施例を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１に、照明ランプ劣化検出装置における第１の実施例の構成図を示す。道路灯２の照明ランプを撮像するようにビデオカメラ１が設けられている。ビデオカメラ１により得られた画像信号は、例えば、ＮＴＳＣ方式のものであり、輝度評価部３へ送られ、ここでコンピュータ処理可能なディジタル画像データとされる。

上記において照明ランプのチューブを撮像した画像信号は、画像変換手段３１によりディジタルの輝度データ（画像データ）に変換されるのである。５０Ｈｚで駆動されている照明ランプが正常時には例えば、図２（ａ）に示すように輝度データが変化している。照明ランプの劣化は電極に塗布された電極材の損耗によることが多く、通常は経時的に一方の電極材の損耗が激しくなり図２（ｂ）に示す半波点灯の状態となる。このときに輝度データは、図２（ｂ）に示すように変化する。

照明ランプが５０Ｈｚの周波数により駆動されており、ＮＴＳＣ方式（６０フィールド／秒）のビデオカメラ１により撮像されている場合には、フリッカが生じるので、フリッカ除去用に１００Ｈｚの電子シャッタがビデオカメラ１に設けられており、これを用いると、上記画像変換手段３１による変換後の輝度データ（積分値が入射光量となる）は、図３（ｃ）に示されるように変化し、フリッカは観測されない。図３（ａ）には、照明ランプの輝度変化を示し、図３（ｂ）には、電子シャッタの開閉タイミングを示す。このように、ビデオカメラ１により得られた画像データの輝度について、ＮＴＳＣ方式の画信号の各フィールド毎に集計を行う集計手段３２を備えている。そして、収集手段３２が各フィールド（ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，・・・）毎における輝度データの積分値（入射光量）を求めるが、照明ランプが正常点灯している場合には、各フィールド毎における入射光量は、図３（ｃ）に示されているように正弦波における半周期分の積分値となり、一定となる。

これに対し、図２（ｂ）にて説明した半波点灯状態の場合には、照明ランプにおける輝度データの変化は図４（ａ）に示すようになり、電子シャッタの開閉タイミングは図４（ｂ）に示すようであり、画像変換手段３１と集計手段３２による処理結果の出力は図４（ｃ）に実線にて示す波形の積分値になる。この場合には、各フィールド（ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，・・・）毎における輝度データの積分値は、一定とはならずに周期的に変化することが分かる。

上記の画像変換手段３１と集計手段３２による処理結果である輝度データの積分値について、照明ランプの正常時において予め集計手段３２によって得たデータ（輝度データの積分値と）、現時点において得られるデータ（輝度データの積分値と）とを比較する比較手段３３を、輝度評価部３に備えている。輝度評価部３は、照明ランプの正常時（照明ランプの取り付け、取り換え当初）の値を保持している。輝度評価部３による比較結果は、劣化判定部４へ送られる。

劣化判定部４は、比較結果が所定以上である場合に、照明ランプが劣化したと判定して、アラーム報知を行う。具体的には、各フィールド毎に、比較結果の差分データを予め定められた閾値（例えば、正常時の４０％）と比較し、予め備えている閾値よりも低下した値が到来するとアラーム報知を行う。また、別の実施例では、周期性が現れる所定数（この図４における例では、５フィールド）のフィールド毎に輝度データの積分値を集計手段３２において集計し、比較手段３３において正常時と現時点におけるそれぞれの値を比較する。この場合にも判定手段である劣化判定部４は、上記輝度評価部３の出力が閾値よりも低下した値となるとアラーム報知を行う。以上の実施例によれば、ビデオカメラ１から得られた画像を用いて適切にランプ劣化検出を行うことが可能となる。

照明ランプの駆動周波数が６０Ｈｚで、ビデオ映像信号が６０Ｈｚ／ｓｅｃである場合には、電子シャッタの利用の有無にかかわらず、照明ランプが正常点灯しているときには、画像信号における隣接するフィールドの輝度データの積分値は等しくなる。これに対して、照明ランプが劣化時となると、照明ランプの輝度変化は図５（ａ）に示すように、交互に点灯と不点灯の繰り返しに対応するようになり、画像信号における隣接するフィールドの輝度データの積分値が相違する場面が存在する。つまり、照明ランプの駆動周波数が６０Ｈｚは、ビデオ映像信号が６０Ｈｚ／ｓｅｃに比べて誤差が大きく、集計手段３２において集計を行っていると、必ず図５（ｂ）に示されるように１フィールド毎に入射光量存在・不存在を繰り返すときが生じる。図５（ｂ）に示すように正確に１フィールド毎に入射光量が存在・不存在を繰り返さなくとも、これに近い状態が生じる。

そこで、劣化判定部４は、比較手段３３による比較結果が所定以上である場合に、照明ランプが劣化したと判定して、アラーム報知を行う。具体的には、各フィールド毎に、比較結果の差分データを予め定められた閾値（例えば、正常時の４０％）と比較し、予め備えている閾値よりも低下した値が到来するとアラーム報知を行う。斯して、照明ランプの駆動周波数が６０Ｈｚで、ビデオ映像信号が６０Ｈｚ／ｓｅｃである場合にも、ビデオカメラ１から得られた画像を用いて適切にランプ劣化検出を行うことが可能となる。

図６に、照明ランプ劣化検出装置における第２の実施例の構成図を示す。この実施例では、輝度評価部３Ａに設けられた変化検出手段３３Ａと判定手段である劣化判定部４Ａとが、第１の実施例における輝度評価部３に設けられた変化検出手段３３及び劣化判定部４と相違している。変化検出手段３３Ａは、集計手段３２により集計された輝度データに基づき入射光量分布の周期的変化を求めるものである。劣化判定部４Ａは、変化検出手段３３Ａにより得られるデータに所定の周期性が検出された場合に上記照明ランプが劣化したと判定するものである。

変化検出手段３３Ａは、輝度データに基づき各フィールド毎の光量のピーク位置を求める。例えば、既に説明した図３に示されるような正常点灯から、図４に示される半波点灯状態への変化が必ず急激に生じるものではなく、例えば、図７に示されるように、全波点灯の輝度に比べて５０パーセント点灯となった状態が、１点灯おきに発生する状態が生じる場合などもある。また、この図７に示すように５０パーセント点灯の状態が規則的に生じるとは限らない。更に点灯と、不点灯との状態が交互に規則的に生じるとは限らないのである。

そこで、変化検出手段３３Ａは、輝度データについて各フィールド毎に積分値を得て、光量データ（入射光量）として、所定フィールド周期（照明ランプの駆動が５０Ｈｚで行われているため、１０Ｈｚの周期）で累積する。これにより、照明ランプが正常であれば、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３、ｎ＋４、ｎ＋５により示される、各フィールド毎の光量のピーク位置は一点であり位置も一致するが、時には図４の状態が生じるとき、あるいは図７の状態が生じるときには、図８に示すように所定フィールド周期（ここでは１０Ｈｚのため、５フィールド周期）で累積させた各フィールド毎の光量には、ピーク位置が２ヶ所以上において生じる。このように累積したデータを求めた変化検出手段３３Ａは、これを劣化判定部４Ａへ送る。

劣化判定部４Ａは、変化検出手段３３Ａから送られたデータを解析し、所定フィールド周期の各フィールド毎における光量のピーク位置が２ヶ所以上において生じていることを検出すると照明ランプが劣化したと判定してアラーム報知を行う。或いは、劣化判定部４Ａは、光量のピーク位置が直線状に第１の位置Ｐ１に並ぶピーク以外に、光量のピーク位置が周期的に変化することにより周期的曲線上に第２の位置Ｐ２に並ぶピークを持つことを検出した場合に、照明ランプが劣化したと判定してアラーム報知を行う。

第２の実施例と同様に、図６に示す手段を備える第３の実施例では、変化検出手段３３Ａと劣化判定部４Ａとは、次のような作用を行うための構成を備えている。変化検出手段３３Ａは、輝度データに基づき各フィールドにおける光量の度数分布を求める。既に説明した図３に示されるような正常点灯状態の場合には、輝度データについて積分を行って求めた値である光量の度数分布は、図９における破線に示すように一つの大きなピークを持ち、このピーク付近に集中する。これに対し、図４に示されるような半波点灯状態の場合には、図９における実線に示すように一つのピークは低くなり、このピークから光量の低い方へ緩やかに分布する。このように変化検出手段３３Ａは、光量の度数分布を求め、求めたデータを、劣化判定部４Ａへ送る。

劣化判定部４Ａは、変化検出手段３３Ａから送られた度数分布のデータを解析し、図９における実線に示すように正常点灯の場合のピークよりも低いピークを有し、このピークから光量の低い方へ緩やかに広がる度数分布のデータを検出すると照明ランプが劣化したと判定してアラーム報知を行う。

第４の実施例では図１０に示すように、第１の実施例に対し、第２の実施例または第３の実施例の構成を付加したものである。つまり、劣化判定部４は、第１の実施例に対応し、輝度評価部３Ｂにおける比較手段３３の出力を受けて第１の実施例と同様に劣化判定を行う。一方、劣化判定部４Ａは、第２の実施例または第３の実施例に対応し、輝度評価部３Ｂにおける変化検出手段３３Ａの出力を受けて第２の実施例または第３の実施例と同様に劣化判定を行う。そして、劣化判定部４、４Ａの出力を総括判定部５が取り込み、劣化判定部４、４Ａの両方からアラーム報知が出力されている場合に、総括判定部５がアラーム報知を行う。各構成要素の構成は、第１の実施例、第２の実施例及び第３の実施例にて説明したものに等しい。これにより、厳格な判定がなされ高精度な劣化検出を可能になる。また、劣化判定部４、４Ａの一方からアラーム報知が出力されている場合に、総括判定部５がアラーム報知を行うようにすると、劣化を早期に検出可能となるものである。

なお、いずれの実施例においても共通することであるが、ビデオカメラ１により道路灯２の照明ランプを撮像したときに、複数の道路灯２の照明ランプが撮像される場合には、輝度評価部３、３Ａにマスク処理部を設けて、所要の１つの照明ランプについての輝度データを得るようにする。例えば、ディジタル化したデータのいずれの画素に対応する輝度データのみを取り込んで処理を行うようにする。係る処理を行うことで、ビデオカメラ１により道路灯２の照明ランプを撮像したときに、複数の道路灯２の照明ランプが撮像される場合にも適切に照明ランプの劣化検出が可能となる。

本発明の第１の実施例に係る照明ランプ劣化検出装置の構成を示すブロック図。 照明ランプにおける正常点灯時の輝度変化と、照明ランプが劣化したときの点灯状態における輝度変化とを示す図。 照明ランプにおける正常点灯時について、本発明の実施例に係る照明ランプ劣化検出装置による処理の経過を示す波形図。 照明ランプにおける劣化時の点灯状態について、本発明の実施例に係る照明ランプ劣化検出装置による処理の経過を示す波形図。 ６０Ｈｚで駆動される照明ランプについて、本発明の実施例に係る照明ランプ劣化検出装置による処理の経過を示す波形図。 本発明の第２の実施例、第３の実施例に係る照明ランプ劣化検出装置の構成を示すブロック図。 照明ランプにおける劣化時の点灯状態について、本発明の実施例に係る照明ランプ劣化検出装置による処理の経過を示す波形図。 照明ランプについて、本発明の第２の実施例に係る照明ランプ劣化検出装置による処理の経過を示す図。 照明ランプについて、本発明の第３の実施例に係る照明ランプ劣化検出装置による処理の経過を示す図。 本発明の第４の実施例に係る照明ランプ劣化検出装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１ ビデオカメラ
２ 道路灯
３、３Ａ、３Ｂ 輝度評価部
４、４Ａ 劣化判定部
５ 総括判定部
３１ 画像変換手段
３２ 集計手段
３３ 比較手段
３３Ａ 変化検出手段

Claims (4)

1. 照明ランプを撮像するカメラと、
   前記カメラにより得られた画像データの輝度について、画像信号の各フィールド毎に集計を行う集計手段と、
   前記集計手段により集計された輝度データに基づき、フィールド毎の入射光量について、フィールドに対する周期的変化を求める変化検出手段と、
   前記変化検出手段により得られるデータに所定の周期性が検出された場合に前記照明ランプが劣化したと判定する判定手段と
   を具備することを特徴とする照明ランプ劣化検出装置。
2. 判定手段が、各フィールドにおける光量のピーク位置に基づき劣化判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の照明ランプ劣化検出装置。
3. 判定手段が、各フィールドにおける光量の度数分布に基づき劣化判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の照明ランプ劣化検出装置。
4. 前記カメラにより撮像された画像データの一部をマスクして、画像データの輝度について処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明ランプ劣化検出装置。

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