JP6365821B2 - 回転数測定装置、回転数測定方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像解析により回転体の回転数を測定する回転数測定装置、回転数測定方法、およびプログラムに関する。

従来、風速計として風車型風向風速計や、風杯型風速計が一般に用いられている。前者は水平軸型風車であるプロペラ、後者は垂直軸型風車である風杯をそれぞれ受風体とし、受風体の回転数から風速を測定するものである。

一方、回転体の回転数を検出する方法として、例えば下記特許文献１には、レーザー光を回転体に投光し、その反射光から干渉現象を利用して回転数を検出する技術が記載されている。

特開平０９−０２１８２０号公報

しかしながら、特許文献１における回転数の測定では、レーザー発信器とその測定器といった設備が必要であり、また測定時はレーザー光を正確に捉えるために装置を精度よく固定する必要であった。

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、離れた場所であっても容易に回転体の回転数を測定することができる回転数測定装置、回転数測定方法、およびプログラムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の回転数測定装置の一態様は、
回転体を所定のフレームレートで連続撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により連続撮影された各フレームの撮影画像において、前記回転体に対応して予め決められている検出領域を前記各フレームの前記撮影画像に設定し、前記検出領域に前記回転体の測定基準が出現している状態か否かで定義される前記回転体の回転状態を確認する確認手段と、
前記確認手段により確認された前記回転体の前記各フレームでの前記回転状態に基づいて、前記回転体の単位時間あたりの回転数を取得する取得手段と、
を備えた、
ことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明の回転数測定方法の一態様は、
回転体を所定のフレームレートで連続撮影する撮影工程と、
前記撮影工程で連続撮影した各フレームの撮影画像において、前記回転体に対応して予め決められている検出領域を前記各フレームの前記撮影画像に設定し、前記検出領域に前記回転体の測定基準が出現している状態か否かで定義される前記回転体の回転状態を確認する確認工程と、
前記確認工程で確認した前記回転体の前記各フレームでの前記回転状態に基づいて、前記回転体の単位時間あたりの回転数を取得する取得工程と、
を含む、
ことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明のプログラムの一態様は、
コンピュータに、
撮影手段により回転体を所定のフレームレートで連続撮影する撮影処理と、
前記撮影処理で連続撮影した各フレームの撮影画像において、前記回転体に対応して予め決められている検出領域を前記各フレームの前記撮影画像に設定し、前記検出領域に前記回転体の測定基準が出現している状態か否かで定義される前記回転体の回転状態を確認する確認処理と、
前記確認処理で確認した前記回転体の前記各フレームでの前記回転状態に基づいて、前記回転体の単位時間あたりの回転数を取得する取得処理と、
を実行させる、
ことを特徴とする。

本発明によれば、簡易な設備と方法によって、離れた場所であっても容易に回転体の回転数を測定することが可能となる。

本発明の一実施形態を示す観測システムの概念図である。 水平軸型風車を示す図である。 垂直軸型風車を示す図である。 測定装置の電気的構成の概略構成を示すブロック図である。 撮影画像に設定される水平軸型風車に対応する検出領域の説明図である。 撮影画像に設定される垂直軸型風車に対応する検出領域の説明図である。 測定装置の測定処理を示すフローチャートである。 測定装置の回転数計測処理を示すフローチャートである。 風速及び風向の測定結果の表示例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、複数（又は単一）の観測地点における風速、又は風速と風向を観測地点から離れた場所で測定する観測システムに関するものである。

図１は、本実施形態の観測システムを示す概念図である。この観測システムは、複数の観測地点に設けられた水平軸型風車１０１や垂直軸型風車２０１と、観測地点から離れた場所での各観測地点の風速や風向の観測に使用されるものであって、本発明の回転数測定装置としての機能を備えた測定装置１とから構成される。

水平軸型風車１０１は、一般的な風車型風向風速計と同様、図２に示したように、流線型の胴部１０２に垂直尾翼１０３とプロペラ１０４とが設けられ、胴部１０２に回転軸１０５が一体的に設けられた構造である。水平軸型風車１０１は、取付軸１０５が、任意の観測地点に設置された支柱１１１の上端に回転自在に取り付けられることにより、風向きに応じて適宜回動可能である。

支柱１１１には、上記水平軸型風車１０１の種類を含む個体識別に使用される個体識別マーカーＭ１が設けられている。個体識別マーカーＭ１は、支柱１１１において、予め想定される測定装置１の使用場所に対向する周面領域に配置されるとともに、前記プロペラ１０４の回転の軸との間の高さ方向の離間距離を予め決められている距離に調整されている。

水平軸型風車１０１のプロペラ１０４は４枚羽根であって、そのうちの１枚の羽根１０４ａには、他の羽根１０４ｂ〜１０４ｄと識別可能な特定色（赤色等）が付けられており、当該羽根１０４ａが、風速の測定に際し、プロペラ１０４の回転状態を確認するとき基準となる測定基準として使用される。以下の説明においては、当該羽根１０４ａを基準羽根と呼ぶこととする。

また、水平軸型風車１０１の取付軸１０５には、風向きの測定に使用される風向測定マーカーＭ２が設けられている。この風向測定マーカーＭ２は、取付軸１０５の全周を覆う環状の部材であり、全領域が周方向に沿って複数（３以上）領域に分割されるとともに、各領域に異なる色が所定の順で配置されている。

風向測定マーカーＭ２は、取付軸１０５への取り付け時点で、胴部１０２（前記プロペラ１０４の中心）を真北に向けた状態で、特定の２色の領域の境界線が個体識別マーカーＭ１の中心を通る垂直線上に位置するように調整されている。

一方、垂直軸型風車２０１は、一般的な風杯型風速計と同様、図３に示したように、任意の観測地点に設置された支柱１１１の上端に回転自在に取り付けられた回転軸２０５と、回転軸２０５の外周に等角度間隔で設けられた３本の支軸２０２と、各支軸２０２の先端にそれぞれ設けられた風杯２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃとから構成される。

３つの風杯２０４ａ〜２０４ｃのうちの１つの風杯２０４ａには、他の風杯と識別可能な特定の色（赤色等）が付けられており、当該風杯２０４ａが、風速の測定に際し、垂直軸型風車２０１の回転状態を確認するとき基準となる測定基準として使用される。以下の説明においては、当該風杯２０４ａを前述した水平軸型風車１０１の羽根１０４ａと同様に基準羽根と呼ぶこととする。

また、垂直軸型風車２０１を回転自在に支持する支柱１１１にも、上記垂直軸型風車２０１の種類を含む個体識別に使用される個体識別マーカーＭ１が設けられている。この個体識別マーカーＭ１も、支柱１１１において、予め想定される測定装置１の使用場所に対向する周面領域に配置されるとともに、風杯２０４ａ〜２０４ｃの中心との間の高さ方向の離間距離を予め決められている距離に調整されている。

なお、以下の説明においては、上述した水平軸型風車１０１と垂直軸型風車２０１とを「風車」と総称するとともに、水平軸型風車１０１のプロペラ１０４と、垂直軸型風車２０１における支軸２０２を含めた各風杯２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃとを総称して「受風体」と呼ぶ。

次に、測定装置１について説明する。図４は、測定装置１の電気的構成の概略を示すブロック図である。測定装置１は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置とほぼ同様の構成であり、以下の各部から構成される。すなわち測定装置１は、主として撮影用のレンズ１１、電子撮像部１２、画像データ生成部１３、撮像制御部１４、画像メモリ１５、表示制御部１６、表示部１７、画像処理部１８、カウンタ１９、タイマー２０、中央制御部２１、プログラム記憶部２２、操作部２３の各部から構成される。

レンズ１１は、フォーカス用、及びズーム用のレンズを含むレンズ群であり、測定装置１においては、このレンズ群が図で省略した所定のアクチュエータにより駆動されることにより、フォーカスや画角が調整可能である。

電子撮像部１２は、ＣＭＯＳ（Complementary Meta1 0xide Semiconductor）型の撮像素子やＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子であり、レンズ１１により結像された光学像を画像信号に変換し、画像データ生成部１３へ供給する。

画像データ生成部１３は、上記画像信号の増幅を含むアナログ処理を行い、アナログ処理後の画像信号をデジタル信号へ変換し、撮影画像データとして画像メモリ１５に記憶する。

画像メモリ１５は、画像データを一時的に記憶するＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等である。

撮像制御部１４は、中央制御部２１からの命令に従い前述したアクチュエータによりレンズ１１（レンズ群）の位置を制御するとともに、電子撮像部１２、画像データ生成部１３を駆動する。

画像処理部１８は、デジタル信号処理に特化したマイクロコンピュータ、及びプログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）、メモリ、演算回路等から構成され、画像メモリ１５に記憶された撮影画像データに対して各種の画像処理を施す。各種の画像処理には、撮影画像における前述した個体識別マーカーＭ１や風向測定マーカーＭ２、基準羽根１０４ａ，２０４ａを認識する処理が含まれる。

タイマー２０は、風速の測定に際して後述する計測期間に相当する時間をカウントする。

カウンタ１９は、中央制御部２１が、前述した基準羽根１０４ａ，２０４ａの出現回数（詳細については後述する）を風車毎にカウントするためのメモリである。

表示制御部１６は、画像メモリ１５に記憶された撮影画像データに基づく撮影画像を表示部１７にライブビュー表示させるとともに、中央制御部２１から送られる風速及び風向の測定結果をＯＳＤ（On Screen Display）により撮影画像に重畳して表示部１７に表示させる。

表示部１７はカラー液晶表示パネル等により構成され、操作部２３は、電源ボタンや、測定装置１の操作に使用する各種の操作スイッチにより構成される。

中央制御部２１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）３１を有するマイクロコンピュータであり、図では省略したＣＰＵ（Central Processing Unit）、及びその周辺回路等、作業用メモリであるＲＡＭ（Random Access memory）３１から構成され、プログラム記憶部２２に記憶されている種々のプログラムに従い測定装置１の各部の動作を制御する。

プログラム記憶部２２は、例えばフラッシュメモリ等の記憶データが随時書き換え可能な不揮発性メモリにより構成される。プログラム記憶部２２には、中央制御部２１に上記各部の制御を行わせるための各種プログラム、及び各種データが記憶されている。

特にプログラム記憶部２２には、風速や風向の測定に際して図７、図８に示した後述する処理を中央制御部２１に実行させるための観測プログラムと、以下のデータが記憶されている。

すなわち、プログラム記憶部２２には、各風車１０１，２０１に事前に割り当てられている識別番号と、識別番号に対応する複数種のデータが記憶されている。

複数種のデータには、画像処理部１８が個体識別マーカーＭ１や風向測定マーカーＭ２の認識に際して使用する特徴データと、各風車１０１，２０１の種類、すなわち水平軸型と垂直軸型のいずれであるかの情報が含まれる。上記の特徴データのうち個体識別マーカーＭ１の認識に使用される特徴データは、個体識別マーカーＭ１を表す画像データである。また風向測定マーカーＭ２の認識に使用される特徴データは、平面に展開された状態の風向測定マーカーＭ２を表す画像（以下、平面画像）のデータである。

また、複数種のデータには、各風車１０１，２０１における受風体（プロペラ１０４や風杯２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ）の回転半径と、受風体の固有である風速比（受風体の回転角速度と風速との比）が含まれる。

また、複数種のデータには、中央制御部２１が後述する処理に際して、撮影画像内に、複数の風車１０１，２０１にそれぞれ対応して図５及び図６に示した矩形の検出領域Ｋ１，Ｋ２を設定するための設定用データが含まれる。

図５は、撮影画像内に、水平軸型風車１０１に対応して設定される検出領域Ｋ１を示した図である。この検出領域Ｋ１は、水平軸型風車１０１の大きさ等によって異なる領域であるとともに、胴部１０２の向き（風向き）に関係なく、前述した基準羽根１０４ａが、プロペラ１０４の回転平面で１０時から２時の角度範囲に位置する間だけ出現する領域である。

上記検出領域Ｋ１を特定する設定データは、画像内での個体識別マーカーＭ１の縦方向のサイズＡに対する比率を示す数値データであって、次のデータにより構成される。すなわち設定データは、取付軸１０５から検出領域Ｋ１の左辺までの水平距離Ｌ１（図５において取付軸１０５と支柱１１１とは同一径である。）と、個体識別マーカーＭ１の中心から検出領域Ｋ２の左上隅の頂点Ｋａまでの垂直距離Ｌ２と、検出領域Ｋの縦サイズＨ及び横サイズＷとを示すデータである。

また、図６は、撮影画像内に、前述した垂直軸型風車２０１に対応して設定される検出領域Ｋ２を示した図である。この検出領域Ｋ２は、垂直軸型風車２０１の大きさ等によって異なる領域であるとともに、前述した基準羽根２０４ａが、回転平面で１２０°の角度範囲、より具体的には図６の支柱１１１の幅中心の位置を上記回転平面で６時としたとき、基準羽根２０４ａが１時から５時の角度範囲に位置する間だけ出現する領域である。

上記検出領域Ｋ２を設定するための設定データも、画像内での個体識別マーカーＭ１の縦方向のサイズＡに対する比率を示す数値データであって、次のデータにより構成される。すなわち設定データは、回転軸２０５から検出領域Ｋ２の左辺までの水平距離Ｌ１（図６において回転軸２０５と支柱１１１とは同一径である。）と、個体識別マーカーＭ１の中心から検出領域Ｋ２の左上隅の頂点Ｋａまでの垂直距離Ｌ２と、検出領域Ｋ２の縦サイズＨ、及び横サイズＷとを示すデータである。

そして、以上の構成からなる観測システムにおいては、観測者が測定装置１を予め想定している使用場所に設置し、風速や風向を測定したい１又は複数の観測地点の風車１０１，２０１が画角内に収まるように、撮影方向やズーム倍率を調整した後、所定のスイッチ操作によって測定装置１に測定動作を開始させることにより、風速や風向を測定することができる。

図７は、測定装置１の本発明に係る測定動作を示す図であって、測定動作時における中央制御部２１の処理内容を示したフローチャートである。

以下説明すると、中央制御部２１は、測定動作の開始とともに処理を開始した後、直ちに電子撮像部１２に撮像動作を行わせ風車の撮影画像を取得する（ステップＳＡ１）。

次に、中央制御部２１は、画像処理部１８に、撮影画像において前述した個体識別マーカーＭ１や風向測定マーカーＭ２を認識させ（ステップＳＡ２）、撮影画像内に存在する１又は複数の風車を特定する（ステップＳＡ３）。

ステップＳＡ３の処理に際して中央制御部２１は、各風車１０１，２０１の個体識別マーカーＭ１や風向測定マーカーＭ２の位置、及び個体識別マーカーＭ１によって示される各風車の識別番号を取得し、それらをＲＡＭ３１に記憶する。なお、以下の説明では、便宜上、撮影画像内に複数の風車が存在するものとする。

次に、中央制御部２１は、ステップＳＡ３の処理で特定した複数の風車のいずれかに風向測定マーカーＭ２がある場合、すなわち撮影画像において１又は複数の風向測定マーカーＭ２が認識されていた場合には（ステップＳＡ４：ＹＥＳ）、風向を取得する（ステップＳＡ５）。

具体的に述べると、中央制御部２１は、まず該当する風車（水平軸型風車１０１）の風向測定マーカーＭ２に対応する領域の部分画像を取得し、その部分画像の各分割領域の色に基づき、部分画像がプログラム記憶部２２に記憶されている平面画像（風向測定マーカーＭ２の平面に展開された状態の画像）のどの領域に該当するかを確認する。

しかる後、中央制御部２１は、該当する領域の横方向の中心を通る中心線と、平面画像における前述した特定の２色の領域の境界線との位置とを比較し、境界線に対する上記中心位置の横方向のズレ方向とズレ量とに基づいて風向を判断する。すなわち、境界線と上記中心位置との位置が一致しているときの風向が真北であるものとして風向を取得する。なお、取得（判断）した風向は、各風車の識別番号に対応させてＲＡＭ３１に記憶する。

次に、中央制御部２１は、一定周期の連続撮影、すなわち電子撮像部１２に所定のフレームレートでの連続撮影を開始させる（ステップＳＡ６）。上記フレームレートは、予め想定される最大風速時における前記受風体（プロペラ１０４や風杯２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ）の回転速度に応じて決められているフレームレートである。より具体的には、前記受風体が想定される最大速度で回転している状態において、前述した基準羽根１０４ａ，２０４ａが１回転する間に３フレーム以上の画像を取得可能なフレームレートである。

その後、中央制御部２１は、図８に示した回転数計測処理を行う（ステップＳＡ７）。この回転数計測処理は、ステップＳＡ３の処理で特定した複数の風車の各々について、前述した受風体（プロペラ１０４や風杯２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ）の予め決められている計測期間内における回転数を計測する処理である。

図８に示したように、回転数計測処理に際して中央制御部２１は、カウンタ１９における風車毎の後述する出現回数をゼロにリセットした後（ステップＳＢ１）、タイマー２０による処理時間のカウントを開始する（ステップＳＢ２）。なお、カウント開始タイミングは、回転数計測処理の開始直後における電子撮像部１２の撮像タイミングと同期させる。

以後、中央制御部２１は、所定のフレームレートで撮影画像を取得する毎に（ステップＳＢ３：ＹＥＳ）、以下の処理を行う。

まず、中央制御部２１は、既説したステップＳＡ３の処理で特定した複数の風車のいずれかを計測対象として順に設定する（ステップＳＢ４）。

次に、中央制御部２１は、計測対象に設定した風車の識別番号に対応する前述した設定用データをプログラム記憶部２２から読み出し、その設定用データに基づいて撮影画像内に検出領域を設定する（ステップＳＢ５）。すなわち計測対象となる風車が水平軸型風車１０１であれば、図５に示した検出領域Ｋ１を撮影画像内に設定し、計測対象となる風車が垂直軸型風車２０１であれば、図６に示した検出領域Ｋ２を撮影画像内に設定する。

次に、中央制御部２１は、画像処理部１８に、上記検出領域内の各画素の色情報に基づき受風体の基準羽根１０４ａ，２０４ａに相当する領域の有無を認識させる（ステップＳＢ６）。より具体的には、前述した特定色（赤色等）とほぼ同一の色の画素からなる領域であって、その面積が予め決められている所定面積以上である特定領域の有無を認識させる。

これにより中央制御部２１は、受風体の回転状態が、基準羽根１０４ａ，２０４ａが前述した規定の角度範囲にある回転位置にある状態と、それ以外の回転位置にある状態とのいずれであるかを確認する。

ここで、中央制御部２１は、基準羽根１０４ａ，２０４ａが認識できたとき、すなわち検出領域に基準羽根１０４ａ，２０４ａが出現しているとき（ステップＳＢ７：ＹＥＳ）、計測対象の風車に関する基準羽根１０４ａ，２０４ａの出現回数をインクリメントした後（ステップＳＢ８）、ステップＳＢ９の処理に進み、また、検出領域に基準羽根１０４ａ，２０４ａが存在していないときには（ステップＳＢ７：ＮＯ）、直ちにステップＳＢ９の処理に進む。

引き続き、中央制御部２１は、全ての風車についてステップＳＢ５〜ステップＳＢ８の処理が完了するまで（ステップＳＢ９：ＮＯ）、計測対象として新たな風車を設定し（ステップＳＢ５）、同様の処理を繰り返す。

また、中央制御部２１は、タイマー２０により計測している処理時間が計測期間に対応する時間になるまでは（ステップＳＢ１０：ＮＯ）、ステップＳＢ３の処理へ戻り、新たな撮影画像を取得する毎に（ステップＳＢ３：ＹＥＳ）、前述したステップＳＢ４〜ステップＳＢ９の処理を繰り返し実行する。

そして、処理時間が計測期間に対応する時間になると（ステップＳＢ１０：ＹＥＳ）、中央制御部２１は、カウンタ１９によって風車毎にカウントされている出現回数に基づいて、計測期間内における各風車の回転数を下記式から計算する（ステップＳＢ１１）。
・ｔ ＝ Ａ／ｋ／ｆ
・ｎ ＝ ６０／ｔ
ここで、
ｔ：１回転の所要時間［秒］
Ａ：計測期間内の総フレーム数
ｋ：出現回数
ｆ：フレームレート［ｆｐｓ］
ｎ：回転数［ｒｐｍ］
である。

したがって、例えばフレームレートが３０ｆｐｓ、計測期間が１０分、出現回数が３００回であれば、回転数として３０ｒｐｍが得られる。

そして、中央制御部２１は、上述した回転数計測処理により計測期間内における各風車の１分間の回転数を計算した後、図７の処理に戻る。

引き続き、中央制御部２１は、回転数計測処理で得られた各風車の回転数、及びプログラム記憶部２２に記憶されている各風車の受風体の回転半径と風速比とに基づいて、風車が設置されている各観測地点の風速を下記式からそれぞれ計算する（ステップＳＡ８）。
・Ｖ ＝ ２πＲ × ｎ ／ ６０
・ｖ ＝ Ｖ ／ ａ
ここで、
Ｖ：受風体の先端の速度（周速［ｍ／ｓｅｃ］）
Ｒ：受風体の回転半径［ｍ］
ｎ：回転数［ｒｐｍ］
ｖ：風速［ｍ／ｓｅｃ］
ａ：風速比
である。

したがって、例えば受風体の回転半径が０．５ｍ、回転数が３０ｒｐｍ、風速比が０．５のときには、風速として３．１４ｍ／ｓｅｃが得られる。

しかる後、中央制御部２１は、上述した処理で風車毎に取得（判断又は計算）した風速と風向、つまり測定結果を表示部１７に表示させる（ステップＳＡ９）。すなわち、測定結果を、例えば図９に示したように、直近の撮影画像Ｇ（又は処理開始当初に取得した撮影画像）内であって各風車１０１，２０１に対応する所定位置に重畳して表示部１７に表示させる。

以後、中央制御部２１は、所定のスイッチ操作によって観測者から測定終了が指示されるまでは（ステップＳＡ１０：ＮＯ）、前述したステップＳＡ４以降の処理を繰り返し行い、測定終了が指示された時点で（ステップＳＡ１０：ＹＥＳ）、処理を終了する。

以上のように本実施形態の観測システムにおいては、測定装置１により各風車１０１，２０１を所定のフレームレートで連続撮影するとともに、各フレームの撮影画像において、検出領域Ｋ１，Ｋ２における受風体（プロペラ１０４や風杯２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ）の基準羽根１０４ａ，２０４ａの有無、つまり受風体の回転状態を確認することによって、受風体の単位時間あたりの回転数を取得する。

したがって、前述した基準羽根１０４ａ，２０４ａの外見を他の羽根と識別可能にしておくだけで単位時間あたりの回転数を取得することができる。そのため、各風車１０１，２０１には、受風体の回転数を検出してそれを電気信号に変換したり、検出結果を送信するための送信手段を別途設けたりする必要がない。しかも、レーザー光を用いて受風体の回転数を検出する場合のように、別途設ける検出機器を精度よく固定する必要もない。

よって、観測地点から離れた場所であっても、簡易な設備と方法によって容易に受風体の単位時間当たりの回転数（以下、単に回転数という。）を測定することができる。その結果、観測地点から離れた場所での風速や風向の観測を容易かつ低コストで実現することができる。特に、観測地点が多い場合には係る効果が大である。

また、本実施形態のように同一の撮影画像から、複数の風車における受風体の回転数を個別に検出することにより、複数の観測地点の風速を一括して測定することができる。

また、受風体の回転状態の確認を、各フレームの撮影画像に検出領域Ｋ１，Ｋ２を設定し、検出領域Ｋ１，Ｋ２を対象として基準羽根１０４ａ，２０４ａを認識することにより行うようにした。したがって、受風体の回転数を簡単な画像処理によって容易に得ることができる。

また、各フレームの撮影画像に設定する検出領域Ｋ１，Ｋ２を風車１０１，２０１の種類に応じた領域とすることにより、水平軸型風車１０１や垂直軸型風車２０１といった異なる種類の受風体からなる風車にも対応することができる。

その結果、風向きに応じてプロペラ１０４の回転中心が変化する水平軸型風車１０１であっても、それに応じた検出領域Ｋ１を設定することにより、風向きに関係なく受風体の回転数を得ることができる。

ここで、本実施形態においては、所定の計測期間内における検出領域Ｋ１，Ｋ２への基準羽根１０４ａ，２０４ａの出現回数をカウントし、その出現回数に基づいて受風体の回転数を計算したが、例えば、風車を連続撮影するときのフレームレートを高く設定しておき、検出領域Ｋ１，Ｋ２に基準羽根１０４ａ，２０４ａが出現しているフレームが連続する間のフレーム数に基づいて受風体の回転数を計算するようにしてもよい。

また、ここでは主として本発明を風速や風向の観測に使用する測定装置１に適用した場合、すなわち風車における受風体の回転数を得る場合について説明したが、これに限らず、本発明は受風体以外の任意の回転体の回転数を測定する場合にも適用することができる。

また、本実施形態と同様に回転状態を確認する際に基準となる測定基準を回転体に設定し、かつ各フレームの撮影画像に検出領域を設定する構成を採用する場合、測定基準は回転体の構造に応じて設定すればよく、また検出領域は撮影画像内における回転体の回転軸の方向に応じて設定すればよい。

以上、本発明の実施形態、及びその変形例について説明したが、これらは本発明の作用効果が得られる範囲内であれば適宜変更が可能であり、変更後の実施形態も特許請求の範囲に記載された発明、及びその発明と均等の発明の範囲に含まれる。以下に、本出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［請求項１］
回転体を所定のフレームレートで連続撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により撮影された各フレームの撮影画像において前記回転体の回転状態を確認する確認手段と、
前記確認手段により確認された回転体の各フレームでの回転状態に基づいて、前記回転体の単位時間あたりの回転数を取得する取得手段と、
を備えたことを特徴とする回転数測定装置。
［請求項２］
前記取得手段は、所定の計測期間内に前記撮影手段により連続撮影された各フレームの撮影画像において前記確認手段により確認された回転体の各フレームでの回転状態に基づいて、前記回転体の単位時間あたりの回転数を取得することを特徴とする請求項１記載の回転数測定装置。
［請求項３］
前記確認手段は、
前記各フレームの撮影画像に、前記回転体に対応して予め決められている検出領域を設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された検出領域を対象として、前記回転体における回転状態を確認する際の基準となる測定基準を認識する認識手段と
を含み、
前記取得手段は、前記認識手段により測定基準が認識されたフレーム数に基づいて前記回転数を取得する
ことを特徴とする請求項２記載の回転数測定装置。
［請求項４］
前記設定手段は、前記各フレームの撮影画像に、前記回転体の種類に応じた検出領域を設定することを特徴とする請求項３記載の回転数測定装置。
［請求項５］
前記設定手段は、前記検出領域として、前記回転体の回転中心が変化する範囲に対応する領域を前記各フレームの撮影画像に設定することを特徴とする請求項３又は４記載の回転数測定装置。
［請求項６］
前記確認手段は、前記各フレームの撮影画像に存在する複数の回転体の回転状態を個別に確認し、
前記取得手段は、前記複数の回転体の単位時間あたりの回転数を個別に取得することを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の回転数測定装置。
［請求項７］
前記回転体は、風車が有する受風体であって、
前記認識手段は、前記設定手段により設定された検出領域を対象として、前記受風体を構成する複数枚の羽根のうちで基準となる基準羽根を認識し、
前記取得手段は、前記認識手段により基準羽根が認識されたフレーム数に基づいて前記回転数を取得し、
前記取得手段により取得された前記回転数から風速を計算する計算手段をさらに備えることを特徴とする請求項３乃至６いずれか１項に記載の回転数測定装置。
［請求項８］
回転体を所定のフレームレートで連続撮影する撮影工程と、
前記撮影工程で撮影した各フレームの撮影画像において前記回転体の回転状態を確認する確認工程と、
前記確認工程で確認した回転体の各フレームでの回転状態に基づいて、前記回転体の単位時間あたりの回転数を取得する取得工程と、
を含むことを特徴とする風速測定方法。
［請求項９］
コンピュータを、
撮影手段により回転体を所定のフレームレートで連続撮影する撮影処理と、
前記撮影処理で撮影した各フレームの撮影画像において前記回転体の回転状態を確認する確認処理と、
前記確認処理で確認した回転体の各フレームでの回転状態に基づいて、前記回転体の単位時間あたりの回転数を取得する取得処理と、
を実行させることを特徴とするプログラム。

１ 観測装置
１１ レンズ
１２ 電子撮像部
１３ 画像データ生成部
１４ 撮像制御部
１５ 画像メモリ
１６ 表示制御部
１７ 表示部
１８ 画像処理部
１９ カウンタ
２０ タイマー
２１ 中央制御部
２２ プログラム記憶部
２３ 操作部
３１ ＲＡＭ
１０１ 水平軸型風車
１０２ 胴部
１０３ 垂直尾翼
１０４ プロペラ
１０４ａ〜１０４ｄ 羽根
１０５ 取付軸
１１１ 支柱
２０１ 垂直軸型風車
２０２ 支軸
２０４ａ 基準羽根
２０４ａ〜２０４ｃ 風杯
２０５ 取付軸
Ｍ１ 個体識別マーカー
Ｍ２ 風向測定マーカー

Claims (15)

1. 回転体を所定のフレームレートで連続撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段により連続撮影された各フレームの撮影画像において、前記回転体に対応して予め決められている検出領域を前記各フレームの前記撮影画像に設定し、前記検出領域に前記回転体の測定基準が出現している状態か否かで定義される前記回転体の回転状態を確認する確認手段と、
   前記確認手段により確認された前記回転体の前記各フレームでの前記回転状態に基づいて、前記回転体の単位時間あたりの回転数を取得する取得手段と、
   を備えた、
   ことを特徴とする回転数測定装置。
2. 前記取得手段は、所定の計測期間内に前記撮影手段により連続撮影された前記各フレームの前記撮影画像において前記確認手段により確認された前記回転体の前記各フレームでの前記回転状態に基づいて、前記回転体の前記単位時間あたりの回転数を取得することを特徴とする請求項１記載の回転数測定装置。
3. 前記確認手段は、
   前記各フレームの連続撮影画像に、前記回転体に対応して予め決められている前記検出領域を設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された前記検出領域を対象として、前記回転体における前記回転状態を確認する際の基準となる前記測定基準を認識する認識手段と、
   を含み、
   前記取得手段は、前記認識手段により前記測定基準として認識されたフレーム数に基づいて前記単位時間あたりの回転数を取得する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の回転数測定装置。
4. 前記設定手段は、前記各フレームの前記撮影画像に、前記回転体の種類に応じた前記検出領域を設定することを特徴とする請求項３記載の回転数測定装置。
5. 前記設定手段は、前記検出領域として、前記回転体の回転中心が変化する範囲に対応する領域を前記各フレームの前記撮影画像に設定することを特徴とする請求項３又は４記載の回転数測定装置。
6. 前記回転体は、風車が有する受風体であって、
   前記認識手段は、前記設定手段により設定された前記検出領域を対象として、前記受風体を構成する複数枚の羽根のうちで基準となる基準羽根を認識し、
   前記取得手段は、前記認識手段により前記基準羽根が認識された前記フレーム数に基づいて前記単位時間あたりの回転数を取得し、
   前記取得手段により取得された前記単位時間あたりの回転数から風速を計算する計算手段をさらに備えることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の回転数測定装置。
7. 前記風車は、水平軸型風車であり、
   前記水平軸型風車は、支柱の上端に回転自在に取り付けられた回転軸と、前記回転軸に設けられた胴部と、前記胴部に設けられた垂直尾翼と、前記胴部に設けられた前記受風体としてのプロペラと、を有することを特徴とする請求項６記載の回転数測定装置。
8. 前記水平軸型風車の前記プロペラは複数の羽根を有し、前記複数の羽根のうちの１つの羽根は他の羽根と識別可能であり、前記１つの羽根は前記プロペラの前記回転状態を確認する際の基準となる前記基準羽根として使用されることを特徴とする請求項７記載の回転数測定装置。
9. 前記水平軸型風車の前記検出領域は、前記水平軸型風車の大きさによって異なる領域であり、前記胴部の向きに関係なく前記基準羽根が前記プロペラの回転平面において所定の角度範囲に位置する間だけ出現する領域であることを特徴とする請求項７又は８記載の回転数測定装置。
10. 前記風車は、垂直軸型風車であり、
    前記垂直軸型風車は、支柱の上端に回転自在に取り付けられた回転軸と、前記回転軸に設けられた複数の支軸と、前記複数の支軸のそれぞれの先端に設けられた前記受風体としての風杯と、を有することを特徴とする請求項６記載の回転数測定装置。
11. 前記垂直軸型風車の各前記風杯のうちの１つの風杯は他の風杯と識別可能であり、前記１つの風杯は前記風杯の前記回転状態を確認する際の基準となる前記基準羽根として使用されることを特徴とする請求項１０記載の回転数測定装置。
12. 前記垂直軸型風車の前記検出領域は、前記垂直軸型風車の大きさによって異なる領域であり、前記基準羽根が前記風杯の回転平面において所定の角度範囲に位置する間だけ出現する領域であることを特徴とする請求項１０又は１１記載の回転数測定装置。
13. 前記確認手段は、前記各フレームの前記撮影画像に存在する複数の前記回転体の前記回転状態を個別に確認し、
    前記取得手段は、前記複数の回転体の前記単位時間あたりの回転数を個別に取得することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の回転数測定装置。
14. 回転体を所定のフレームレートで連続撮影する撮影工程と、
    前記撮影工程で連続撮影した各フレームの撮影画像において、前記回転体に対応して予め決められている検出領域を前記各フレームの前記撮影画像に設定し、前記検出領域に前記回転体の測定基準が出現している状態か否かで定義される前記回転体の回転状態を確認する確認工程と、
    前記確認工程で確認した前記回転体の前記各フレームでの前記回転状態に基づいて、前記回転体の単位時間あたりの回転数を取得する取得工程と、
    を含む、
    ことを特徴とする風速測定方法。
15. コンピュータに、
    撮影手段により回転体を所定のフレームレートで連続撮影する撮影処理と、
    前記撮影処理で連続撮影した各フレームの撮影画像において、前記回転体に対応して予め決められている検出領域を前記各フレームの前記撮影画像に設定し、前記検出領域に前記回転体の測定基準が出現している状態か否かで定義される前記回転体の回転状態を確認する確認処理と、
    前記確認処理で確認した前記回転体の前記各フレームでの前記回転状態に基づいて、前記回転体の単位時間あたりの回転数を取得する取得処理と、
    を実行させる、
    ことを特徴とするプログラム。

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