JP6457137B1 - ごみの混合度評価システム - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、熟練のクレーン作業者が、目視確認をしながら手動操作でクレーンを操作し、ごみの性状を把握し、適切なクレーンによる持ち上げ落下による攪拌を行い、ある程度均一なごみ質を作る作業を行っている。
ごみピット内のごみをその上方から撮像するように設置される撮像部と、
ごみの三次元高さ情報を算出する三次元ごみ高さ算出部と、
前記撮像部の設置情報に基づいて、前記撮像部で撮像された画像を上空視点画像に変換する画像変換部と、
前記ごみの三次元高さ情報に基づいて、前記上空視点画像の全ての区域が同一高さ平面上になるように補正した補正画像を得る画像補正部と、
前記補正画像を階調化し、所定の閾値で二値化して二値化画像を得る二値化処理部と、
前記二値化画像を複数の分割エリアを有する2以上の評価エリアに分割し、各評価エリアのごみの混合度を評価する混合度評価部と、を有する。
ごみピット内でごみまでの距離を検出できるようにごみ上方に移動可能に設置され、かつ測定点(P)までの距離(A)を検出する測距部と、
前記距離(A)および前記測距部から前記ごみピットの底面までの基準距離(B)に基づいて、測定点ごみ堆積高さ(Z)を算出する測定点ごみ高さ算出部と、有し、
前記三次元ごみ高さ算出部は、ごみピット内の平面座標と前記測定点ごみ堆積高さの情報とに基づいて、前記ごみの三次元高さ情報を算出してもよい。
前記測距部は、例えば、レーザ距離計、マイクロ波距離計、超音波距離計、光学系距離計などが挙げられる。
バケットの平面座標は、クレーンの横行位置、走行位置に基づいて決定されてもよい。
バケットがごみに着床した地点の高さは、バケットの初期高さから下降した移動距離に基づいて算出されてもよい。
X軸、Y軸は、ごみピットの平面座標である。
前記測距部は、例えば、レーザ距離計、マイクロ波距離計、超音波距離計、光学系距離計などが挙げられる。
各評価エリアの明部分あるいは暗部分の抽出面積を算出し、全評価エリアに対するあるいは各評価エリアに対する分割エリアの前記明部分あるいは暗部分の抽出面積のばらつきを算出し、前記ばらつきにより混合度を評価するばらつき評価部を有していてもよい。
ここで「抽出面積のばらつき」は、例えば、分散σ2、標準偏差σ、変動係数CVなどが挙げられる。
上記ばらつき評価部の評価において、ばらつき、例えば、分散σ2、標準偏差σ、変動係数CVなどが、所定値を超えて大きい値ほど、多様なごみがエリア内に存在すること、つまり攪拌が十分になされており、ごみの均質化が高いことを示す。
例えば、判別分析法(大津の二値化)を各分割エリアに適用する、あるいは、動的閾値法による二値化を行い、明部分(あるいは暗部分)をラベリングするなどして各粒子を抽出し、各評価エリアの粒子面積平均を算出し、前記面積平均により混合度を評価する面積平均評価部を有していてもよい。
上記面積平均評価部の評価において、例えば、粒子面積平均が所定値より小さい値ほど、ごみ袋の破砕が進行している、つまり攪拌が十分になされており、ごみの均質化が高いことを示す。
各評価エリアの明部分と暗部分との面積率を算出し、前記面積率により混合度を評価する面積率評価部を有していてもよい。
ここで、面積率は、例えば、暗部分÷明部分、明部分÷暗部分である。
上記面積率評価部の評価において、面積率(例えば1未満の値)が所定値より大きい値ほど、ごみ袋の破砕が進行している、つまり攪拌が十分になされていることを示す。ごみ袋は、ごみよりも明るい場合が多いことから暗部分の面積が大きいほどごみ袋の破砕が進んでいると推定する。
評価エリア単位で混合度を評価できるため、上記命令部は、攪拌不十分の評価エリアを選択的に攪拌するようにクレーン・コントローラに指示することができる。
また、上記命令部は、前記混合度評価部によって混合度が十分(攪拌十分)であるとの結果であった評価エリアから、クレーンによって炉への投入を指示してもよい。
評価エリア単位で混合度を評価できるため、命令部は、攪拌十分の評価エリアのごみを選択的にクレーンによって炉へ投入する指示をしてもよい。
通知部は、前記混合度評価部によって混合度が十分(攪拌十分)であるとの結果であった場合に、クレーンによって炉への投入できる旨を通知してもよい。
前記表示部は、階調化画像および/または二値化画像をグラデーション化して表示してもよい。表示部は、撮像部で撮像した画像とともに、グラデーション化した階調化画像および/または二値化画像を表示してもよい。
前記表示部は、各評価エリアの混合度を数値化または該数値化に基づくグラデーション化で表示してもよい。
すなわち、投入ごみの攪拌状況が改善され燃焼状態の安定性が高まるため、助燃燃料を節約できる。また、同様の理由で排ガスの性状も安定するため、排出基準を満たすために使用する薬剤の使用量を削減できる。
燃焼状態が大きく悪化する頻度が減少するため、運転監視が省力化できる。
クレーンの自動運転でできる範囲が広がるため、運転員が別の業務に注力できる。
手動操作の場合でも、クレーン操作員が数値化されたごみ堆積高さ、攪拌状態を確認しながら運転できるため効率的かつ操作員個人の資質(あるいは技能)に左右されにくい操作が可能となる。
既設の施設(例えば、ごみピット)にも安価に設置できるため、適用範囲が広い。
評価エリア単位で、攪拌状況を把握できるため、均質なごみを選択的に炉へ投入したり、攪拌したりすることができる。
本発明に係る実施形態1の混合度評価システム100およびその処理フローについて図1〜3を参照しながら説明する。
廃棄物の混合度評価システム100は、以下の構成を有する。
撮像部31は、ごみピット1内(例えば、攪拌エリア15)のごみをその斜め上方から撮像する。撮像部31は、例えば、ごみピット1内の柱、壁、天井などに固定設置可能であり、本実施形態ではクレーンガータ21よりも下方の壁に設置する。撮像部31は、例えば、動画または静止画を撮像するCCDカメラ、CMOSカメラ、赤外線カメラであってもよい。動画撮像の場合には静止画が切り出されてもよい。画像は、その撮像時刻も紐付けられてメモリ(例えば、撮像部内部あるいは混合度評価システム100のメモリ)に保存される。撮像部31は、定期的にまたは所定のタイミング、例えば混合度を判断するタイミングでごみを撮像してもよい。
また、本実施形態では撮像部31は一つであるが、これに制限されず、撮像部が複数設置されていてもよい。複数の撮像部で攪拌エリア15を分けて撮像してもよく(一部重複して撮像してもよく)、攪拌エリア全体を複数の撮像部のそれぞれが別の角度から撮像してもよい。複数の撮像部で撮像した画像は、例えば、攪拌エリア全体が1枚の画像になるように合成処理部(不図示)で処理されてもよい。本実施形態の撮像部31で撮像した画像はRGB画像である。なお、RGB画像に限定されず、例えば、赤外線カメラによる面像でもよい。
本実施形態では、クレーンガータ21に固定され、図1において左右に検出角度を変えて下方のごみ(測定点P)までの距離を検出できる。図1の紙面垂直方向にクレーンガータ21が移動することで、攪拌エリア15全体のごみまでの距離を検出できる。
測定点Pの座標(X−Y平面座標)は、レーザ距離計32の位置および検出角度(測定点角度θ)に基づいて算出できる。レーザ距離計32の位置はクレーンガータ21の位置座標と、クレーンガータ21とレーザ距離計32との相対位置から導ける。
測定点Pの座標と検出された距離A、測定点角度θ、検出時刻は紐づけられてメモリ(例えば、レーザ距離計内部あるいは混合度評価システム1内のメモリ)に保存される。
攪拌のためにクレーンを自動運転している所定のタイミングあるいは焼却炉40にごみを投入しているタイミングで、画像の撮像および距離の検出をしてもよい。
Z=B−A×cosθ (1)
三次元高さ情報Wは、撮像時刻と検出時刻の情報を含んでいてもよい。
三次元ごみ高さ算出部102は、所定のタイミングで、三次元高さ情報Wを算出する。
本実施形態において、「所定のタイミング」は、一定間隔でもよく、決まった時刻でもよく、作業員の命令操作に基づいたタイミングでもよい。
これにより、同一高さの平面画像が得られる。
なお、別実施形態として、「階調化」は色相、彩度、輝度に限定されず、RGBのいずれかで階調してもよい。また、撮像部が赤外線カメラの場合に、上記画像変換処理、上記画像補正処理をした後で、二値化処理部113は例えば波長、周波数などで階調化してもよい。
ばらつき評価部131は、二値化画像を複数の分割エリアを有する2以上の評価エリアに分割し、各分割エリアの明部分あるいは暗部分の抽出面積を算出する。
例えば、明部分はごみ袋そのままが多くある画像であり、攪拌が不十分であり、暗部分はごみ袋が破砕された状態の画像であり攪拌が十分であると推測される。
さらに、ばらつき評価部131は、全評価エリアに対する分割エリアの前記明部分あるいは暗部分の抽出面積の分散σ2を算出する。本実施形態では、面積算出にあたり画素数をカウントする方法を用いるが、特にこれに制限されず、他の方法で明部分あるいは暗部分の面積を算出してもよい。
上記分散の算出と共にあるいは代替して、ばらつき評価部131は、各評価エリアに対する分割エリアの前記明部分あるいは暗部分の抽出面積の分散σ2を算出することができる。
また、分散σ2と共にあるいは分散に代替して、ばらつき評価部131は、標準偏差σおよび/または変動係数(CV)を算出することができる。
ばらつき評価部131で、分散σ2が所定値を超えて、大きい値になるほど、多様なごみがエリア内に存在する、つまり攪拌が十分になされていることを示す。
通知部142は、その旨あるいは警告情報を音あるいは音声で作業者に知らせるスピーカを有して構成されていてもよく、光を発するライトを有して構成されていてもよい。また、通知部142は、作業者が携帯しているモバイル端末、スマート端末にその旨あるいは警告情報を送り、その端末が音あるいは音声を発する構成であってもよい。
ステップS1において、撮像部31がごみピット内の画像を撮像する。レーザ距離計32がごみピット内のごみ(測定点P)までの距離Aを測定する。
ステップS2において、各測定点でのごみ堆積高さZを以下の式から算出する。
Z=B−A×cosθ (1)
次いで、ごみピット1内の平面座標(X−Y)とごみ堆積高さZの情報とに基づいて、ごみの三次元高さ情報Wを算出する。
ステップS4において、RGB画像である補正画像を、色相H、彩度S、輝度IのHIS変換し、輝度に基づく輝度画像を作成する。輝度画像を256階調で階調化する。図2Aは、ごみピット内の階調化した画像の一例を示す。ここで、画素数と実面積(攪拌エリア)が対応し、画素ごとに明暗の輝度を示す。
なお、別実施形態として、「階調化」は色相、彩度、輝度に限定されず、RGBのいずれかで階調してもよい。また、撮像部が赤外線カメラの場合に、上記画像変換処理、上記画像補正処理をした後で、二値化処理部113は例えば波長、周波数などで階調化してもよい。
平均輝度=(輝度0×その画素数+輝度1×その画素数+・・輝度255×その画素数)/全画素数 (2)
図2Fは、評価エリアSaの各分割エリアSa1〜Sa9の抽出画素数を示す。
Sa1=5
Sa2=7
Sa3=4
Sa4=8
Sa5=5
Sa6=2
Sa7=8
Sa8=5
Sa9=5
他の評価エリアSb〜Siも同様に抽出画素数(抽出面積に相当する)を算出する。
Saiは各分割エリアの抽出面積、Sa_aveは評価エリアSaにおける各分割エリアの抽出面積の平均である。nは評価エリア内の画素数であり、9×9である。
他の評価エリアSb〜Siにおいても同様に算出する。
なお、別実施形態として標準偏差、変動係数を算出してもよい。変動係数CVは式(4)で求めることができる。
σは標準偏差である。
Saiは各分割エリアの抽出面積、So_aveは全評価エリア(ピット全体)Sa〜Siにおける各分割エリアの抽出面積の平均である。nは評価エリア内の画素数であり、9×9である。
他の評価エリアSb〜Siにおいても同様に算出する。
なお、別実施形態として、分散に代わり、標準偏差、変動係数を算出してもよい。
ステップS8−1により各評価エリアに対する分散の時はその評価エリアにおける混合度を評価でき、ステップS8−2により全評価エリアに対する分散の時はごみピット全体と比較したその評価エリアの混合度を評価できる。
また、混合度を示すために、分割エリア単位でグラデーション化し、モニターに表示させることもできる。
本発明に係る実施形態2の混合度評価システム100の構成について図4を参照しながら説明する。実施形態1と同じ符号は同様の機能を有するため説明を省略し、異なる特徴を説明する。本実施形態において、混合度評価部130は、面積平均評価部132を有する。
面積平均評価部132は、各粒子面積を算出し、各粒子の面積平均を算出する。
面積平均評価部132は、各粒子の面積平均が所定値より小さいか否かを判断する。
面積平均評価部132の判断結果において、面積平均が所定値より小さい値ほど、ごみの破袋が進行している、つまり攪拌が十分になされていることを示す。
実施形態1と同様に、評価エリア単位で評価することができる。
ばらつき評価部131と面積平均評価部132のそれぞれの判断あるいは総合判断によって混合度を評価してもよい。
本発明に係る実施形態3の混合度評価システム100の構成について図5を参照しながら説明する。実施形態1および実施形態2と同じ符号は同様の機能を有するため説明を省略し、異なる特徴を説明する。本実施形態において、混合度評価部130は、面積率評価部133を有する。
面積率評価部133は、面積率が所定値(例えば1未満)より大きいか否かを判断する。
面積率評価部133の判断結果において、面積率が所定値より大きい値ほど、ごみの破袋が進行している、つまり攪拌が十分になされていることを示す。
実施形態1と同様に、評価エリア単位で評価することができる。
ばらつき評価部131、面積平均評価部132および面積率評価部133のそれぞれの判断あるいは総合判断によって混合度を評価してもよい。
ごみの三次元高さ情報は、以下(1)から(4)の方法で算出してもよい。
(1)実施形態1のレーザ距離計に代わり、マイクロ波距離計、超音波距離計、光学系距離計などを用いてもよい。
(2)三次元ごみ高さ算出部は、ごみピット内を移動するクレーンのバケットが堆積しているごみに着床した地点の高さと、該バケットの平面座標に基づいて、ごみの三次元高さ情報を算出してもよい。
(3)三次元ごみ高さ算出部は、2台以上の固定された撮像部を用いてそれらの視差から前記ごみの三次元高さ情報を算出してもよい。
(4)三次元ごみ高さ算出部は、堆積ごみの上方に固定された3次元走査が可能な測距部と、測距部と測定点とのX軸方向の角度、Y軸方向の角度、距離の3つの情報からら前記ごみの三次元高さ情報を算出してもよい。測距部は、例えば、レーザ距離計、マイクロ波距離計、超音波距離計、光学系距離計などが挙げられる。
15 攪拌エリア
21 クレーンガータ
22 クレーン
23 バケット
31 撮像部
32 レーザ距離計
100 混合度評価システム
101 測定点ごみ高さ算出部
102 三次元ごみ高さ算出部
111 画像変換部
112 画像補正部
113 二値化処理部
130 混合度評価部
131 ばらつき評価部
132 面積平均評価部
133 面積率評価部
200 クレーン・コントローラ
Claims (6)
- ごみピット内のごみをその上方から撮像するように設置される撮像部と、
ごみの三次元高さ情報を算出する三次元ごみ高さ算出部と、
前記撮像部の設置情報に基づいて、前記撮像部で撮像された画像を上空視点画像に変換する画像変換部と、
前記ごみの三次元高さ情報に基づいて、前記上空視点画像の全ての区域が同一高さ平面上になるように補正した補正画像を得る画像補正部と、
前記補正画像を階調化し、所定の閾値で二値化して二値化画像を得る二値化処理部と、
前記二値化画像を複数の分割エリアを有する2以上の評価エリアに分割し、各評価エリアのごみの混合度を評価する混合度評価部と、
ごみピット内でごみまでの距離を検出できるようにごみ上方に移動可能に設置され、かつ測定点(P)までの距離(A)を検出する測距部と、
前記距離(A)および前記測距部から前記ごみピットの底面までの基準距離(B)に基づいて、測定点ごみ堆積高さ(Z)を算出する測定点ごみ高さ算出部と、有し、
前記三次元ごみ高さ算出部は、ごみピット内の平面座標と前記測定点ごみ堆積高さの情報とに基づいて、前記ごみの三次元高さ情報を算出する、ごみの混合度評価システム。 - ごみピット内のごみをその上方から撮像するように設置される撮像部と、
ごみの三次元高さ情報を算出する三次元ごみ高さ算出部と、
前記撮像部の設置情報に基づいて、前記撮像部で撮像された画像を上空視点画像に変換する画像変換部と、
前記ごみの三次元高さ情報に基づいて、前記上空視点画像の全ての区域が同一高さ平面上になるように補正した補正画像を得る画像補正部と、
前記補正画像を階調化し、所定の閾値で二値化して二値化画像を得る二値化処理部と、
前記二値化画像を複数の分割エリアを有する2以上の評価エリアに分割し、各評価エリアのごみの混合度を評価する混合度評価部と、を有し、
前記三次元ごみ高さ算出部は、ごみピット内を移動するクレーンのバケットが堆積しているごみに着床した地点の高さと、該バケットの平面座標に基づいて、前記ごみの三次元高さ情報を算出する、ごみの混合度評価システム。 - ごみピット内のごみをその上方から撮像するように設置される撮像部と、
ごみの三次元高さ情報を算出する三次元ごみ高さ算出部と、
前記撮像部の設置情報に基づいて、前記撮像部で撮像された画像を上空視点画像に変換する画像変換部と、
前記ごみの三次元高さ情報に基づいて、前記上空視点画像の全ての区域が同一高さ平面上になるように補正した補正画像を得る画像補正部と、
前記補正画像を階調化し、所定の閾値で二値化して二値化画像を得る二値化処理部と、
前記二値化画像を複数の分割エリアを有する2以上の評価エリアに分割し、各評価エリアのごみの混合度を評価する混合度評価部と、を有し、
前記三次元ごみ高さ算出部は、堆積ごみの上方に固定された3次元走査が可能な測距部と測定点とのX軸方向の角度、Y軸方向の角度、距離の3つの情報から前記ごみの三次元高さ情報を算出する、ごみの混合度評価システム。 - 前記混合度評価部は、
各分割エリアの明部分あるいは暗部分の抽出面積を算出し、全評価エリアに対するあるいは各評価エリアに対する分割エリアの前記明部分あるいは暗部分の抽出面積のばらつきを算出し、前記ばらつきにより混合度を評価するばらつき評価部を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載のごみの混合度評価システム。 - 前記混合度評価部は、
各評価エリアの面積平均を算出し、前記面積平均により混合度を評価する面積平均評価部を有する、請求項1から4のいずれか1項に記載のごみの混合度評価システム。 - 前記混合度評価部は、
各評価エリアの明部分と暗部分との面積率を算出し、前記面積率により混合度を評価する面積率評価部を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のごみの混合度評価システム。
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