JP6908330B2

JP6908330B2 - 水道使用判定装置、水道使用判定プログラム、水道使用判定検針方法

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Publication number: JP6908330B2
Application number: JP2017125501A
Authority: JP
Inventors: 千紗平川; 藤田　稔; 稔藤田; 佐藤　義之; 義之佐藤
Original assignee: Toshiba Digital Solutions Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Digital Solutions Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: JP2019007897A

Description

本発明の実施形態は、水道メータから水道水を使用中か否かを判定する技術に関する。

従来、水道などを供給する水道事業者による課金業務は、水道を使用する家庭毎に、作業員が水道の使用量を示す水道メータを検針する検針作業によって行われる。このようなメータの検針作業において、作業員は、その時点において水道が使用中であるか否かについても判定し、水道使用中であって且つ水道の使用者が不在である場合は、漏水の可能性があることが使用者に報知される。

水道メータは、水道が使用中である場合に水の流量に応じた速さで回転するパイロットを有しており、作業員は、このパイロットを視認することによって、水道が使用中であるか否かを判定する。

また、関連する技術として、水道メータの直読式指示部を撮影する撮像部と、撮像部が撮影した画像を解析して、直読式指示部が写っている部分を抽出する画像抽出部とを備え、水道検針員の作業負荷を軽減することにより検針の効率を高める水道検針装置、が知られている（特許文献１）。

特開２０１７−７５８９３号公報

しかしながら、水道メータは視認が容易ではない位置に設置されている場合が多く、視認が困難である設置場所において、特にパイロットの回転が遅い場合には、水道が使用中であることを作業員が見逃してしまう、という問題があった。

本発明の実施形態は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、より容易に水道が使用中であるか否かを判定することができる技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の実施形態は、水道メータの状態に基づいて該水道メータが設置された水道が使用中であるか否かを判定する水道使用判定装置であって、前記水道メータの表示部が撮像された第１撮像画像と、該第１撮像画像とは異なるタイミングにおいて前記表示部が撮像された第２撮像画像とを取得する画像取得部と、前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像のそれぞれから、前記表示部におけるパイロットを含む領域の部分画像であるパイロット画像を抽出する領域抽出部と、前記２つのパイロット画像のそれぞれに基づいて、前記パイロットにおいて環状に配置され互いに周方向に離間された複数の片部を強調するように二値化した２つの第１二値化画像を個別に生成し、該２つの第１二値化画像のそれぞれにおける前記片部を示す領域の差分を前記パイロットの変動量として算出する変動量算出部と、前記変動量が所定の第１閾値以上である場合、前記水道が使用中であると判定する第１判定部とを備える。

実施形態に係る水道使用判定装置が組み込まれたメータ読取装置を含むメータ読取システムの全体構成を示す図である。水道メータの構成を示す概略図である。水道メータの表示部の構成を示す概略図である。水道使用判定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。水道使用判定装置の機能構成を示すブロック図である。水道使用判定装置の全体動作を示すフローチャートである。撮像画像を示す図である。領域抽出処理の動作を示すフローチャートである。濃淡画像を示す図である。境界線と中心点とを示す図である。回転画像を示す図である。回転画像における基準点を示す図である。回転画像における領域基準点を示す図である。濃淡画像における領域基準点を示す図である。濃淡画像における抽出領域を示す図である。パイロット判定処理の動作を示すフローチャートである。パイロット領域画像を示す図である。赤色が強調されたパイロット領域画像を示す図である。二値化されたパイロット領域画像を示す図である。膨張されたパイロット領域画像を示す図である。重心を一致させたパイロット領域画像を示す図である。パイロット領域画像における差分領域を示す図である。変動量として差分領域を示す図である。積算値メータ判定処理の動作を示すフローチャートである。積算値メータ領域画像を示す図である。赤色が強調された積算値メータ領域画像を示す図である。二値化された積算値メータ領域画像を示す図である。最初の対象画素を示す図である。輪郭の探索パターンを示す図である。対象画素及び探索範囲を示す図である。積算値メータ領域画像における重心と先端を示す図である。積算値針の回転角度の算出方法を示す図である。積算値針の先端位置と回転角度との関係を示す図である。積算値針の先端位置と変換された回転角度との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

（全体構成）
実施形態に係る水道使用判定装置が組み込まれたメータ読取装置を含むメータ読取システム、水道使用判定装置による判定対象である水道メータの構成、水道メータの表示部の構成について説明する。図１は、実施形態に係るメータ読取装置を含むメータ読取システムの全体構成を示す図である。図２は、水道メータの構成を示す概略図である。図３は、水道メータの表示部の構成を示す概略図である。

図１に示すように、メータ読取システムは、水道メータ９の表示部９３に表示される水の流量を読み取り、読み取った流量を無線通信により送信するメータ読取装置１と、送信された流量を受信するスマートフォン２とを備える。

水道メータ９は、図２に示すように、水の流量を計測する本体部９０と、本体部９０に水を流入させる流入口９１と、本体部９０から水を流出させる流出口９２と、本体部９０の上部に設けられて本体部９０により計測された水の流量に係る情報を表示する表示部９３とを備える。水道メータ９は、使用時には表示部９３が上方を向くように設置される。

表示部９３は、図３に示すように、円盤状に構成された表示盤９３０、視認可能に表示盤９３０に設けられたパイロット９３１、１Ｌ単位の第１積算値メータ９３２、１０Ｌ単位の第２積算値メータ９３３、流量を立方メートル単位の数値により示すカウンタ部９３４を備える。

表示盤９３０は、少なくともカウンタ部９３４が設けられる領域が半円状に黒に着色され、それ以外の領域が白に着色され、これらの領域の境界部は直線となっている。カウンタ部９３４は、４桁もしくは５桁の整数と１桁の小数により流量を示し、これらの数値は、それぞれ、側面部に０〜９の数値が円環状に配置された数字ドラムが回転することにより変化される。４桁もしくは５桁の整数を示す数字ドラムはそれぞれ背景色が黒に着色されるとともに数字が白に着色され、１桁の小数を示す数字ドラムは背景色が白に着色されるとともに数字が赤に着色されているものとする。なお、整数を示す数字ドラムは、背景色の輝度と数字の色の輝度とが互いに異なるものであればよい。また、これらの数字ドラムは、本体部９０と表示盤９３０とにより構成される空間に内蔵されており、表示盤９３０に設けられた開口から外部より視認可能となっているものとする。また、水道メータ９の設置時には、表示盤９３０の面方向は水平方向を向くものとする。

パイロット９３１は、水道が使用中であることを示す指標であり、水道メータ９に流れる水の流量に応じた速さで表示盤９３０の面方向と直交する回転軸周りに回転しこの回転軸と軸心と中心が一致した円形の回転部を有し、この回転部の中央には回転軸の軸心と中心が一致して回転部より縮径された赤色の円形部が形成されるとともに、回転部の周壁から径外方向に突出する３つの片部が回転部の周方向に互いに離間して形成される。ここで、これら３つの片部は円形部と同様に赤色に着色され、また、３つの片部それぞれは隣接する他の片部に対して１２０°だけ周方向に離間するようになっている。

積算値メータ９３２及び積算値メータ９３３は、それぞれ、表示盤９３０の面上に表示される円形に形成され、環状に０〜９の数字が順に配列された目盛部と、表示盤９３０の面方向と直交し、目盛部の中心と軸心が一致する回転軸に接続された積算値針とを有する。ここで、目盛部は表示盤９３０において白色に着色された領域において黒色で表示され、積算値針はパイロットの円形部及び片部と同様に赤色に着色される。また、積算値針は、回転軸に接続される側の一端である基部から、目盛部の数字を指し示す側の他端である先端部にかけて、先細るような形状に形成される。なお、積算値メータ９３２において、積算値針は水道メータ９に水が１Ｌ流れる毎に目盛部を一周するように構成され、また、積算値メータ９３３において、積算値針は水道メータ９に水が１０Ｌ流れる毎に目盛部を一周するように構成される。

メータ読取装置１は、図１に示すように、本体部１０と、本体部１０に内蔵される水道使用判定装置１１と、本体部１０の下部に設けられた略円筒状の撮像フード１２と、撮像フード１２内に設けられたカメラ１３と、カメラ１３による撮像対象に対して照射光を照射するＬＥＤ１３ａと、メータ読取装置１を操作するための操作部１４と、メータ読取装置１に係る各種情報を表示するディスプレイ１５とを備える。メータ読取装置１は、水道メータ９の表示部９３におけるカウンタ部９３４の整数部を読み取るものであり、そのため、撮像フード１２は本体部９０上に載置可能に構成され、カメラ１３は撮像フード１２に対して表示盤９３０の略全体を撮像可能に設けられるものとする。また、メータ読取装置１の使用者は、カメラ１３の撮像領域内に表示盤９３０の大部分、少なくともパイロット９３１、積算値メータ９３２、積算値メータ９３３、及びカウンタ部９３４が含まれるように、メータ読取装置１を水道メータ９上に載置するものとする。

（水道使用判定装置の構成）
水道使用判定装置のハードウェア構成及び機能構成について説明する。図４は、水道使用判定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図５は、水道使用判定装置の機能構成を示すブロック図である。

水道使用判定装置１１は、図４に示すように、ハードウェアとして、ＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１１０、メモリ１１１、記憶装置１１２、通信部１１３、入出力Ｉ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１１４を備える。ＭＰＵ１１０及びメモリ１１１は、協働して各種機能を実行し、記憶装置１１２は各種機能により実行される処理に用いられる各種データを記憶する。通信部１１３は、スマートフォン２との通信を行う。入出力Ｉ／Ｆ１１４は、カメラ１３、ＬＥＤ１３ａ、操作部１４、ディスプレイ１５とのデータ入出力を行う。

また、水道使用判定装置１１は、図５に示すように、ＭＰＵ１１０及びメモリ１１１により実行される機能として、画像取得部１０１、回転補正部１０２、領域抽出部１０３、変動量算出部１０４、第１判定部１０５、角度算出部１０６、第２判定部１０７、報知部１０８を備える。画像取得部１０１は、カメラ１３により撮像された撮像画像を取得する。回転補正部１０３は、水道メータ９の表示部９３が正立するように撮像画像を回転させる。領域抽出部１０３は、パイロット９３１を含む領域の部分画像、第１積算値メータ９３２を含む領域の部分画像、及び第２積算値メータ９３３を含む領域の部分画像をそれぞれ抽出する。変動量算出部１０４は、領域抽出部１０３により抽出されたパイロット９３１を含む領域の部分画像に基づいてパイロット９３１の変動量を算出する。第１判定部１０５は、変動量算出部１０４に算出されたパイロット９３１の変動量に基づいて、水道メータ９が設置された家庭において水道を使用中であるか否かを判定する。角度算出部１０６は、領域抽出部１０３により抽出された第１積算値メータ９３２を含む領域の部分画像、及び第２積算値メータ９３３を含む領域の部分画像に基づいて、第１積算値メータ９３２の積算値針の回転角度を算出する。第２判定部１０７は、角度算出部１０６により算出された第２積算値メータ９３２の積算値針の回転角度に基づいて、水道を使用中であるか否かを判定する。報知部１０８は、第１判定部１０５及び第２判定部１０７による判定結果をディスプレイ１５に表示することにより、水道の使用状態を作業者に報知する。

（水道使用判定装置の全体動作）
水道使用判定装置の全体動作について説明する。図６は、水道使用判定装置の全体動作を示すフローチャートである。図７は、撮像画像を示す図である。

図６に示すように、まず、画像取得部１０１がカメラ１３により水道メータ９の表示部９３が撮像された第１撮像画像として、図７に示すようなカラー画像を取得する（Ｓ１０１）。更に、画像取得部１０１は、第１撮像画像が撮像された所定時間後に同様に撮像された第２撮像画像を取得する（Ｓ１０２）。なお、以降の説明において、第１撮像画像と第２撮像画像とを区別しない場合、これらを撮像画像と総称する。

撮像画像の取得後、後に詳述する領域抽出処理が実行される（Ｓ１０３）。この領域抽出処理は、撮像画像においてパイロット９３１が含まれる領域の部分画像をパイロット画像として抽出するとともに、積算値メータ９３２、積算値メータ９３３のそれぞれが含まれる領域の部分画像を第１積算値メータ画像、第２積算値メータ画像としてそれぞれ抽出する。

領域抽出処理の実行後、後に詳述するパイロット判定処理が実行される（Ｓ１０４）。このパイロット判定処理は、領域抽出処理により抽出されたパイロット画像に基づいて、水道が使用中であるか否かを判定する処理である。

次に、角度算出部１０６は、パイロット判定処理により水道が使用中であると判定されたか否かを判定する（Ｓ１０５）。

水道が使用中であると判定されない場合（Ｓ１０５，ＮＯ）、後に詳述する積算値メータ判定処理が実行される（Ｓ１０６）。この積算値メータ判定処理は、領域抽出処理により抽出された第１積算値メータ画像及び第２積算値メータ画像に基づいて、水道が使用中であるか否かを判定する処理である。積算値メータ判定処理においては、第１積算値メータ９３２と第２積算値メータ９３３のいずれかを対象として、その積算値針の変動に基づいて、水道が使用中であるか否かを判定する。

次に、報知部１０８は、積算値判定処理により水道が使用中であると判定されたか否かを判定する（Ｓ１０７）。

水道が使用中であると判定されない場合（Ｓ１０８，ＮＯ）、報知部１０８は、メータ読取装置１のディスプレイ１５に水道が使用中ではない旨を報知する（Ｓ１０８）。

一方、水道が使用中であると判定された場合（Ｓ１０８、ＹＥＳ）、報知部１０８は、ディスプレイ１５に水道が使用中である旨を報知する（Ｓ１０９）。

また、ステップＳ１０５において、水道が使用中であると判定された場合（Ｓ１０５，ＹＥＳ）、報知部１０８は、ディスプレイ１５に水道が使用中である旨を報知する（Ｓ１０９）。

（領域抽出処理）
次に領域抽出の動作について説明する。図８は、領域抽出処理の動作を示すフローチャートである。図９は、濃淡画像を示す図である。図１０は、境界線と中心点とを示す図である。図１１は、回転画像を示す図である。図１２は、回転画像における基準点を示す図である。図１３は、回転画像における領域基準点を示す図である。図１４は、濃淡画像における領域基準点を示す図である。図１５は、濃淡画像における抽出領域を示す図である。

図８に示すように、まず、回転補正部１０２は、２つの撮像画像（第１撮像画像及び第２撮像画像）のそれぞれを、図９に示すような赤色を除去した濃淡画像に変換する（Ｓ２０１）。ここで、回転補正部１０２は、撮像画像のＲ成分画像、Ｇ成分画像、Ｂ成分画像のそれぞれに対して、それぞれに個別に設定された係数を画素値に乗じた画像を生成し、これら３つの画像の画素値を加算することによって、２つの撮像画像をそれぞれ濃淡画像に変換する。また、本実施の形態において、赤色の除去とは、パイロット９３１、積算値メータ９３２、及び積算値メータ９３３における赤色に着色された部分が、変換後の濃淡画像において、表示盤９３０において白に着色された部分と近似する輝度となることを意味し、Ｒ成分画像、Ｇ成分画像、Ｂ成分画像のそれぞれに対する係数は、このような結果をもたらすことを意図して予め設定されるものとする。

次に、回転補正部１０２は、表示盤９３０における境界部、すなわち、黒に着色された半円状の領域の直線部分を、境界線Ｌとして２つの濃淡画像からそれぞれ検出する（Ｓ２０２）。ここで、回転補正部１０２は、濃淡画像のエッジを強調して所定の閾値により二値化した二値化画像に対して線を１ピクセル幅だけ残す細線化処理を行った細線化画像を生成し、この細線化画像にハフ変換を実行することにより、図１０に示すように、濃淡画像における境界線Ｌを検出する。

境界線Ｌの検出後、回転補正部１０２は、図１０に示すように、境界線Ｌの中点を中心点Ｃとし、水平線ｙ＝０と境界線Ｌとがなす角を検出し、この角が０°となるように２つの濃淡画像を回転させて図１１に示すように表示部９３を正立させた２つの回転画像を２つの濃淡画像から生成する（Ｓ２０３）。

次に、領域抽出部１０３は、２つの回転画像それぞれにおけるカウンタ部９３４を検出する（Ｓ２０４）。このカウンタ部９３４の検出は、所定高さ及び所定幅を有する矩形のウィンドウＷＩＮを境界線Ｌから所定距離だけ上方に離間した位置にセットすることによって行われる。具体的には、領域抽出部１０３は、このウィンドウＷＩＮを回転画像の左右方向一端から他端に向けて１ピクセルずつ移動させながら、ウィンドウＷＩＮ内を二値化してｘ座標毎に算出される合計輝度値であるｘ方向射影Ｐｘを算出し、ウィンドウＷＩＮ内の射影Ｐｘの合計が最大となる位置に最初のウィンドウＷＩＮをセットする。更に、領域抽出部１０３は、この最初のウィンドウＷＩＮに右方向及び左方向に隣接するウィンドウＷＩＮを順次セットし、隣接するウィンドウＷＩＮ内に文字が存在する場合にはこのウィンドウＷＩＮの位置を確定し、文字が存在しない場合には一方（右方向または左方向）へのウィンドウＷＩＮのセットを停止して逆方へのウィンドウＷＩＮのセットを開始し、逆方においても文字が存在しない場合に全てのウィンドウＷＩＮの位置が確定する。このような処理によって、領域抽出部１０３は、カウンタ部９３４において並置される数字の位置を確定する。なお、文字が存在するか否かの判定は、ウィンドウＷＩＮ内の合計輝度値に基づいて行われるものとする。

カウンタ部９３４の検出後、領域抽出部１０３は、２つの回転画像それぞれに対して基準点Ｏを決定する（Ｓ２０５）。この基準点Ｏは、そのｙ座標が回転画像の生成に用いた中心点Ｃのｙ座標であり、そのｘ座標が検出されたカウンタ部９３４の位置に基づく。領域抽出部１０３は、図１２に示すように、最も左側に位置するウィンドウＷＩＮの左側端部のｘ座標をＸ１とし、最も右側に位置するウィンドウＷＩＮの左側端部のｘ座標をＸｎとし、ウィンドウＷＩＮの幅をＷとした場合、（Ｘｎ＋Ｗ＋Ｘ１）／２の式により、カウンタ部９３４の左右方向中央位置のｘ座標を算出し、これを基準点Ｏのｘ座標とする。このようにカウンタ部９３４の中央に基準点Ｏを合わせることによって、撮像画像の撮像時における様々な条件の差異に基づくブレの影響を低減することができる。

基準点Ｏの決定後、領域抽出部１０３は、２つの回転画像それぞれに対して、基準点Ｏに基づいて、図１３に示すように、パイロット座標ＲＯＩ１を決定し（Ｓ２０６）、第１積算値メータ座標ＲＯＩ２及び第２積算値メータ座標ＲＯＩ３を決定する（Ｓ２０７）。ここで、パイロット座標ＲＯＩ１は、パイロット９３１が含まれる領域を設定する際に基準とする座標であり、第１積算値メータ座標ＲＯＩ２、第２積算値メータ座標ＲＯＩ３は、それぞれ、積算値メータ９３２、積算値メータ９３３のそれぞれが含まれる領域を設定する際に基準とする座標である。これらの座標ＲＯＩ１〜ＲＯＩ３のそれぞれは、基準点Ｏに対する相対的位置を示すパラメータに基づいて設定され、このパラメータは予め定められているものとする。

次に、領域抽出部１０３は、２つの回転画像のそれぞれに設定されたパイロット座標ＲＯＩ１、第１積算値メータ座標ＲＯＩ２、第２積算値メータ座標ＲＯＩ３を、図１４に示すように、濃淡画像の座標系に変換する（Ｓ２０８）。ここで、領域抽出部１０３は、中心点Ｃを中心として、濃淡画像における境界線Ｌと水平線ｙとがなす角度（図１０参照）だけ、濃淡画像から回転画像を生成する際の回転方向とは逆方向に、座標ＲＯＩ１〜ＲＯＩ３を回転させることによって、座標系の変換を行う。

座標ＲＯＩ１〜ＲＯＩ３の座標系の変換後、領域抽出部１０３は、２つの撮像画像から、それぞれに対応する回転画像に設定され座標系を変換されたパイロット座標ＲＯＩ１に基づく部分画像であるパイロット画像を個別に抽出し（Ｓ２０９）、同様に、２つの撮像画像から、それぞれに対応する回転画像に設定され座標系を変換された第１積算値メータ座標ＲＯＩ２、第２積算値メータ座標ＲＯＩ３のそれぞれに基づく部分画像である第１積算値メータ画像及び第２積算値メータ画像を個別に抽出する（Ｓ２１０）。ここで、領域抽出部１０３は、２つの撮像画像それぞれに対し、図１５に示すように、パイロット座標ＲＯＩ１に基づくパイロット領域Ｐ、第１積算値メータ座標ＲＯＩ２に基づく第１積算値メータ領域Ｍ１、第２積算値メータ座標ＲＯＩ３に基づく第２積算値メータ領域Ｍ２を設定し、これらの領域から部分画像を抽出する。

（パイロット判定処理）
次に、パイロット判定処理の動作について説明する。図１６は、パイロット判定処理の動作を示すフローチャートである。図１７は、パイロット領域画像を示す図である。図１８は、赤色が強調されたパイロット領域画像を示す図である。図１９は、二値化されたパイロット領域画像を示す図である。図２０は、膨張されたパイロット領域画像を示す図である。図２１は、重心を一致させたパイロット領域画像を示す図である。図２２は、パイロット領域画像における差分領域を示す図である。図２３は、変動量として差分領域を示す図である。

図１６に示すように、まず、変動量算出部１０４は、図１７に示すような、２つの撮像画像それぞれに対応するパイロット画像から、図１８に示すような赤色抽出画像を生成する（Ｓ３０１）。ここで、変動量算出部１０４は、パイロット画像のＲ成分画像、Ｇ成分画像、Ｂ成分画像のそれぞれに対して、それぞれに個別に設定された係数を画素値に乗じた画像を生成し、これら３つの画像の画素値を加算した濃淡画像を、赤色が抽出された、即ち赤色が強調された赤色抽出画像として生成する。また、本実施の形態において、赤色の抽出とは、パイロット９３１における赤色に着色された部分が、濃淡画像上において、表示盤９３０における他の部分より著しく高い輝度となることを意味する。パイロット画像に基づくＲ成分画像、Ｇ成分画像、Ｂ成分画像のそれぞれに対する係数は、このような結果をもたらすことを意図して予め設定されるものとし、Ｒ成分画像に対する係数を他の成分画像に対する係数よりも大きく設定すると良い。

赤色抽出画像の生成後、変動量算出部１０４は、２つの撮像画像それぞれに対応するパイロット画像に基づく赤色抽出画像を所定の閾値により二値化して、図１９に示すような二値化画像を生成する（Ｓ３０２）。図１９に示す二値化画像においては、パイロット９３１において赤色に着色された中央部の円形部と片部の一部が白画素として示されている。

二値化画像の生成後、変動量算出部１０４は、２つの二値化画像それぞれに対して、パイロット９３１の円形部の特定を行う（Ｓ３０３）。ここで、変動量算出部１０４は、二値化画像における白画素に対するラベリング処理を行い、ラベル付けされた領域のうち、その面積が最も大きい領域を円形部として特定する。

次に、変動量算出部１０４は、２つの二値化画像それぞれに対して、円形部として特定した領域の重心を算出する（Ｓ３０４）。なお、重心の算出後、２つの二値化画像において円形部として特定された領域は除去、即ち黒画素とされる。

重心が算出された後、変動量算出部１０４は、２つの二値化画像に基づいて、第１撮像画像が撮像された時点と第２撮像画像が撮像された時点とにおけるパイロット９３１の差異を、パイロット９３１の変動量として算出する（Ｓ３０５）。

ここで、パイロット９３１の変動量の算出方法について図２０〜図２３を用いて説明する。まず、変動量算出部１０４は、図２０に示すように、第１撮像画像に対応するパイロット画像に基づく二値化画像を二値化画像Ａ、第２撮像画像に対応するパイロット画像に基づく二値化画像を二値化画像Ｂとした場合、二値化画像Ａ、二値化画像Ｂのそれぞれについて、白画素、即ち片部に該当する部分を膨張させた膨張画像Ａ’、膨張画像Ｂ’を生成する。その後、変動量算出部１０４は、図２１に示すように、互いの重心が重なるように二値化画像Ａと膨張画像Ｂ’とを重ね合わせるとともに、同様に互いの重心が重なるように二値化画像Ｂと膨張画像Ａ’とを重ね合わせる。

次に、変動量算出部１０４は、二値化画像と膨張画像とが重心で重ね合わされた状態において、図２２に示すように、二値化画像の白画素領域において膨張画像の白画素領域と重複しない領域における総画素数を差分として算出する。この差分は、上述の二値画像Ａ、二値化画像Ｂ、膨張画像Ａ’、膨張画像Ｂ’をそれぞれＡｂ（ｘ，ｙ）、Ｂｂ（ｘ，ｙ）、Ａｂｍ（ｘ，ｙ）、Ｂｂｍ（ｘ，ｙ）とし、二値画像Ａと膨張画像Ｂ’との差分をＤ_１（ｘ，ｙ）、二値化画像Ｂと膨張画像Ａ’との差分をＤ_２（ｘ，ｙ）とした場合、それぞれ、Ｄ_１（ｘ，ｙ）＝Ａｂ（ｘ，ｙ）−Ｂｂｍ（ｘ，ｙ）の式、Ｄ_２（ｘ，ｙ）＝Ｂｂ（ｘ，ｙ）−Ａｂｍ（ｘ，ｙ）の式により求められる。なお、これらの式において、負の値は０と見做すものとする。このように、差分の算出において、二値化画像同士の差分ではなく、二値化画像と膨張画像との差分を算出することによって、パイロット９３１自体の状態に起因しない、第１撮像画像と第２撮像画像との撮影時における外的要因、具体的には明るさや撮影位置の差異を誤差として吸収することができる。

差分Ｄ_１及び差分Ｄ_２の算出後、変動量算出部１０４は、異なる時点で撮像されたパイロット９３１の変動量として、図２３に示すような、差分Ｄ_１及び差分Ｄ_２とを合わせた差分Ｄを、Ｄ（ｘ，ｙ）＝Ｄ_１（ｘ，ｙ）｜Ｄ_２（ｘ，ｙ）の式により算出する。

このようにパイロット９３１の変動量を算出した後、図１６に示すように、第１判定部１０５は、変動量が予め設定された第１閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ３０６）。

変動量が第１閾値以上である場合（Ｓ３０６，ＹＥＳ）、第１判定部１０５は、水道メータ９が設置された家庭において水道が使用されていると判定する（Ｓ３０７）。

一方、変動量が第１閾値以上でない場合（Ｓ３０６，ＮＯ）、第１判定部１０５は、水道メータ９が設置された家庭において水道が使用されていないと判定する（Ｓ３０８）。

このように、本実施形態に係る水道使用判定装置１１は、第１のタイミングで撮像された第１撮像画像に基づくパイロット画像と、第１のタイミングから所定時間後のタイミングで撮像された第２撮像画像に基づくパイロット画像との差分を変動量として算出し、この変動量に基づいてパイロット９３１が回転したか否か、即ち水道が使用中であるか否かを判定する。これにより、作業員が視認によりパイロット９３１の回転を確認する場合と比較して、より容易に水道が使用中であるか否かを判定することが容易となる。この利点は、特に、水道メータ９の表示部９３の視認が困難である環境において顕著となる。

（積算値メータ判定処理）
積算値メータ判定処理の動作について説明する。図２４は、積算値メータ判定処理の動作を示すフローチャートである。図２５は、積算値メータ領域画像を示す図である。図２６は、赤色が強調された積算値メータ領域画像を示す図である。図２７は、二値化された積算値メータ領域画像を示す図である。図２８は、最初の対象画素を示す図である。図２９は、輪郭の探索パターンを示す図である。図３０は、対象画素及び探索範囲を示す図である。図３１は、積算値メータ領域画像における重心と先端を示す図である。図３２は、積算値針の回転角度の算出方法を示す図である。図３３は、積算値針の先端位置と回転角度との関係を示す図である。図３４は、積算値針の先端位置と変換された回転角度との関係を示す図である。

図２４に示すように、まず、角度算出部１０６は、第１撮像画像及び第２撮像画像のそれぞれに基づく、図２５に示すような第１積算値メータ画像及び図示しない第２積算値メータ画像のそれぞれから、図２６に示すような赤色抽出画像を生成する（Ｓ４０１）。ここで、角度算出部１０６は、パイロット画像から赤色抽出画像を生成する際と同様に、第１積算値メータ画像及び第２積算値メータ画像それぞれのＲ成分画像、Ｇ成分画像、Ｂ成分画像のそれぞれに対して、それぞれの成分画像に個別に設定された係数を画素値に乗じた画像を生成し、これら３つの画像の画素値を加算した濃淡画像を、赤色が抽出された、即ち赤色が強調された赤色抽出画像として生成する。また、本実施の形態において、赤色の抽出とは、第１積算値メータ９３２及び第２積算値メータ９３３における赤色に着色された部分、即ち積算値針が、濃淡画像上において、表示盤９３０における他の部分より著しく高い輝度となることを意味する。第１積算値メータ画像及び第２積算値メータ画像に基づくＲ成分画像、Ｇ成分画像、Ｂ成分画像のそれぞれに対する係数は、このような結果をもたらすことを意図して予め設定されるものとし、Ｒ成分画像に対する係数を他の成分画像に対する係数よりも大きく設定すると良い。

赤色抽出画像の生成後、角度算出部１０６は、２つの撮像画像それぞれに対応する第１積算値メータ画像及び第２積算値メータ画像に基づく赤色抽出画像を所定の閾値により二値化して、図２７に示すような二値化画像を生成する（Ｓ４０２）。図２７に示す二値化画像においては、第１積算値メータ９３２において赤色に着色された積算値針が白画素として示されている。

二値化画像の生成後、角度算出部１０６は、４つの二値化画像、即ち第１撮像画像及び第２撮像画像のそれぞれから抽出された第１積算値メータ画像及び第２積算値メータ画像のそれぞれに基づく二値化画像の全てに対して、積算値針の特定を行う（Ｓ４０３）。ここで、角度算出部１０６は、二値化画像における白画素に対するラベリング処理を行い、ラベル付けされた領域のうち、その面積が最も大きい領域を積算値針領域として特定する。

積算値針の特定後、角度算出部１０６は、４つの二値化画像それぞれに対して、積算値針領域の重心（図３１参照）を算出する（Ｓ４０４）。なお、ここで算出する重心については、二値化画像が基づく第１撮像画像または第２撮像画像上の座標を算出するものとする。

次に、角度算出部１０６は、第１積算値メータ画像に基づく２つの二値化画像それぞれに対して、積算値針領域の輪郭を検出する（Ｓ４０５）。ここで、積算値針領域の輪郭とは、積算針領域を構成する全ての白画素において、８近傍の画素の少なくとも１つが黒画素であるような白画素の集合を意味し、積算針領域と他の領域との境界部分を意味する。

輪郭の検出後、角度算出部１０６は、第１積算値メータ画像に基づく２つの二値化画像それぞれに対して、積算値針の先端を検出する（Ｓ４０６）。ここで、積算値針の先端とは、積算値針領域において先に算出した重心から最も遠い位置にある画素である。また、重心と同様に、ここで算出する先端については、二値化画像が基づく第１撮像画像または第２撮像画像上の座標を算出するものとする。

ここで、輪郭の検出と積算値針の先端の検出とについて、図２８〜図３１を参照して説明する。輪郭の検出及び積算値針の先端の検出は、実質的には同時に行われる処理である。まず、角度算出部１０６は、図２８に示すように、二値化画像を左上からラスタスキャンし、最初に検出した白画素を最初の対象画素とし、この対象画素と先に算出した重心との離間距離を算出して対象画素の座標と離間距離とを対応付けて一時的に記憶する。その後、角度算出部１０６は、積算値針領域の輪郭を構成する白画素を対象画素として選択しつつ、対象画素と重心との離間距離を算出し、一時的に記憶された離間距離との比較を行い、算出した離間距離が記憶された離間距離よりも大きい場合、記憶された対象画素の座標及び離間距離を現在の対象画素の座標及び離間距離に置き換えて一時的に記憶する。

現在の対象画素から次の画素を選択する際、角度算出部１０６は、図２９の（ａ）〜（ｄ）に示すような、対象画素の８近傍に対する探索順序を定めた４つのいずれかの探索パターンに基づく探索を行う。図２９に示す探索パターンにおいて、０は対象画素、１〜８は８近傍画素であり、１〜８は探索順序を示す。角度算出部１０６は、いずれかの探索パターンを選択し、この探索パターンに定められた探索順序に従って画素を順次選択し、選択した画素が白画素であり且つ輪郭を構成する画素である場合に対象画素とし、次の探索へ移行する。ここで、角度算出部１０６は、現在の対象画素についてどの探索パターンを用いるかを、現在の対象画素に対する前回の対象画素の位置に基づいて選択する。具体的には、前回の対象画素の位置が現在の対象画素に対して６または７の位置に該当する探索パターンを選択する。なお、最初の対象画素については前回の対象画素が存在しないため、予め決められた探索パターンを用いるものとする。また、最初の対象画素が再度対象画素となった時点で、輪郭の検出及び積算値針の先端の検出を終了する。

この輪郭検出方法によれば、図２８に示した二値化画像において輪郭の検出を行った場合、図３０に示すように、まず、角度算出部１０６は、最初に選択された対象画素については、最初の探索範囲として、図２９に示した探索パターン（ａ）を選択する。この探索パターン（ａ）による１番目の近傍画素において選択された画素が対象画素となるため、角度算出部１０６は、この対象画素に対して前回の対象画素となる最初の対象画素の位置が７番目の近傍画素に該当する探索パターン（ｄ）を選択し、この探索パターン（ｄ）により２回目の探索範囲の探索を行う。積算値針領域の輪郭を構成する全ての白画素を対象画素として選択した時点で、図３１に示すように積算値針における先端の座標が確定する。

このように輪郭の検出及び先端の検出が行われた後、図２４に示すように、角度算出部１０６は、２つの撮像画像それぞれについて算出された４つの重心座標及び２つの先端座標に基づいて、第１積算値メータ９３２の積算値針の回転角度を算出する（Ｓ４０７）。

ここで、積算値針の回転角度の算出方法について、図３２〜図３４を参照して説明する。図３２に示すように、角度算出部１０６は、２つの撮像画像それぞれについて、第１積算値針の重心座標と第２積算値針の重心座標とを結ぶ線分ＬＣと第１積算値針の重心座標と先端座標とを結ぶ線分ＬＴとを設定する。更に、角度算出部１０６は、線分ＬＣをベクトルＣ、線分ＬＴをベクトルＴとし、これらの内積をＩ＝Ｃ・Ｔ、外積をＯ＝Ｃ×Ｔとし、第１積算値メータ９３２の回転角度として線分ＬＣと線分ＬＴとがなす角度θを以下の式により求める。

この式により求められる回転角度θは、−１８０°≦θ＜１８０°の範囲で求められ、線分ＬＣを含む直線をｘ軸とし、これに直交する軸をｙ軸とした場合、第１積算値メータ９３２の積算値針の先端の位置と回転角度θとの関係は図３３に示すように＋の回転方向と−の回転方向とを有するものとなる。この回転角度θは、２つの撮像画像それぞれについて求められ、２つの回転角度θの回転変動、即ち回転角度の差を算出するために用いられる。この計算を容易にするため、角度算出部１０６は、回転角度θを、図３４に示すように、回転方向が一律に定められた０°≦θ＜３６０°の範囲となるように変換する。

２つの撮像画像それぞれについて積算値針の回転角度θを算出した後、図２４に示すように、角度算出部１０６は、第１のタイミング及び第２のタイミングにおける第１積算値メータ９３２の積算値針の回転角度の変動角度として、第１撮像画像について算出された回転角度θと、第２撮像画像について算出された回転角度θとの差を算出する（Ｓ４０８）。

次に、第２判定部１０７は、算出された変動角度が、予め設定された第２閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ４０９）。

変動角度が第２閾値以上である場合（Ｓ４０９，ＹＥＳ）、第２判定部１０７は、水道メータ９が設置された家庭において水道が使用されていると判定する（Ｓ４１０）。

一方、変動角度が第１閾値以上でない場合（Ｓ４０９，ＮＯ）、第２判定部１０７は、水道メータ９が設置された家庭において水道が使用されていないと判定する（Ｓ４１１）。

上述したように、第１積算値メータ９３２の変動角度により水道の使用状態を判定することにより、実際には水道が使用されているにも関わらず、パイロット９３１が２つの撮像タイミングにおいて１２０°、２４０°または３６０°だけ回転したために、水道が使用されていないと誤判定されることを防ぐことができる。また、第１積算値メータ９３２の積算値針の回転角度を算出する際、第１積算値メータ９３２の重心と第２積算値メータ９３３の重心とを結ぶ線分を基準とすることによって、第１積算値メータ９３２自体の状態に起因しない、第１撮像画像と第２撮像画像との撮影時における外的要因、具体的には撮影位置の差異の影響を低減することができる。

本実施の形態において、水道使用判定プログラムは上述した水道使用判定装置１１の内部に予めインストールされているものとして記載したが、本発明における水道使用判定プログラムは記憶媒体に記憶されたものも含まれる。ここで記憶媒体とは、磁気テープ、磁気ディスク（ハードディスクドライブ等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、フラッシュメモリ等、欠陥検査装置に対し脱着可能な媒体や、さらにネットワークを介することで伝送可能な媒体等、上述した水道使用判定装置としてのコンピュータで読み取りや実行が可能な全ての媒体をいう。

発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１水道使用判定装置、１０１画像取得部、１０３領域抽出部、１０４変動量算出部、１０５第１判定部。

Claims

水道メータの状態に基づいて該水道メータが設置された水道が使用中であるか否かを判定する水道使用判定装置であって、
前記水道メータの表示部が撮像された第１撮像画像と、該第１撮像画像とは異なるタイミングにおいて前記表示部が撮像された第２撮像画像とを取得する画像取得部と、
前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像のそれぞれから、前記表示部におけるパイロットを含む領域の部分画像であるパイロット画像を抽出するとともに、前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像のそれぞれから、前記表示部において、前記水道の流量の積算値を所定の単位で示す環状の目盛を指し示し、基部から先端にかけて先細る形状に形成された積算値針を有する第１積算値メータを含む領域の部分画像である２つの第１積算値メータ画像を抽出する領域抽出部と、
前記２つのパイロット画像のそれぞれに基づいて、前記パイロットにおいて環状に配置され互いに周方向に離間された複数の片部を強調するように二値化した２つの第１二値化画像を個別に生成し、該２つの第１二値化画像のそれぞれにおける前記片部を示す領域の差分を前記パイロットの変動量として算出する変動量算出部と、
前記変動量が所定の第１閾値以上である場合、前記水道が使用中であると判定する第１判定部と、
前記２つの第１積算値メータ画像のそれぞれに基づいて、前記積算値針を強調するように二値化した２つの第２二値化画像を個別に生成し、該２つの第２二値化画像それぞれに基づいて前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像それぞれにおける前記第１積算値メータの積算値針の重心位置と先端位置とを個別に算出し、該重心位置及び先端位置に基づいて前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像それぞれについて前記積算値針の２つの回転角度を個別に算出し、該２つの回転角度の差を前記第１積算値メータの積算値針の変動角度として算出する角度算出部と、
前記変動角度が所定の第２閾値以上である場合、前記水道が使用中であると判定する第２判定部と
を備える水道使用判定装置。
前記変動量算出部は、前記２つの第１二値化画像のそれぞれを、前記パイロットの回転軸の軸心と中心が一致し、前記複数の片部と同色に着色された円形部を前記複数の片部とともに強調するように生成し、前記２つの第１二値化画像のそれぞれにおいて前記円形部の重心位置を個別に算出し、前記２つの第１二値化画像のそれぞれにおける前記円形部の重心位置を互いに一致させた状態において前記変動量を算出することを特徴とする請求項１に記載の水道使用判定装置。
前記領域抽出部は、前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像のそれぞれから、前記水道の流量の積算値を前記第１積算値メータとは異なる単位で示す環状の目盛を指し示し、基部から先端にかけて先細る形状に形成された積算値針を有する第２積算値メータを含む領域の部分画像である２つの第２積算値メータ画像を更に抽出することを特徴とし、
前記角度算出部は、更に、前記２つの第２積算値メータ画像のそれぞれに基づいて、前記第２積算値メータの積算値針を強調するように二値化した２つの第３二値化画像を個別に生成し、該２つの第３二値化画像それぞれに基づいて前記第２積算値メータの積算値針の重心位置と先端位置とを個別に算出し、前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像それぞれについて、前記第１積算値メータの積算値針の重心位置と前記第２積算値メータの積算値針の重心位置とを結ぶ第１線分と、前記第１積算値メータの積算値針の重心位置と先端位置とを結ぶ第２線分とがなす角度を前記２つの回転角度として個別に算出することを特徴とする請求項１に記載の水道使用判定装置。
水道メータの状態に基づいて該水道メータが設置された水道が使用中であるか否かを判定する水道使用判定プログラムであって、
コンピュータを、
前記水道メータの表示部が撮像された第１撮像画像と、該第１撮像画像とは異なるタイミングにおいて前記表示部が撮像された第２撮像画像とを取得する画像取得部と、
前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像のそれぞれから、前記表示部におけるパイロットを含む領域の部分画像であるパイロット画像を抽出するとともに、前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像のそれぞれから、前記表示部において、前記水道の流量の積算値を所定の単位で示す環状の目盛を指し示し、基部から先端にかけて先細る形状に形成された積算値針を有する第１積算値メータを含む領域の部分画像である２つの第１積算値メータ画像を抽出する領域抽出部と、
前記２つのパイロット画像のそれぞれに基づいて、前記パイロットにおいて環状に配置され互いに周方向に離間された複数の片部を強調するように二値化した２つの第１二値化画像を個別に生成し、該２つの第１二値化画像のそれぞれにおける前記片部を示す領域の差分を前記パイロットの変動量として算出する変動量算出部と、
前記変動量が所定の第１閾値以上である場合、前記水道が使用中であると判定する第１判定部と、
前記２つの第１積算値メータ画像のそれぞれに基づいて、前記積算値針を強調するように二値化した２つの第２二値化画像を個別に生成し、該２つの第２二値化画像それぞれに基づいて前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像それぞれにおける前記第１積算値メータの積算値針の重心位置と先端位置とを個別に算出し、該重心位置及び先端位置に基づいて前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像それぞれについて前記積算値針の２つの回転角度を個別に算出し、該２つの回転角度の差を前記第１積算値メータの積算値針の変動角度として算出する角度算出部と、
前記変動角度が所定の第２閾値以上である場合、前記水道が使用中であると判定する第２判定部
として機能させる水道使用判定プログラム。
水道メータの状態に基づいて該水道メータが設置された水道が使用中であるか否かを判定する水道使用判定方法であって、
コンピュータが
前記水道メータの表示部が撮像された第１撮像画像と、該第１撮像画像とは異なるタイミングにおいて前記表示部が撮像された第２撮像画像とを取得し、
前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像のそれぞれから、前記表示部におけるパイロットを含む領域の部分画像であるパイロット画像を抽出し、
前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像のそれぞれから、前記表示部において、前記水道の流量の積算値を所定の単位で示す環状の目盛を指し示し、基部から先端にかけて先細る形状に形成された積算値針を有する第１積算値メータを含む領域の部分画像である２つの第１積算値メータ画像を抽出し、
前記２つのパイロット画像のそれぞれに基づいて、前記パイロットにおいて環状に配置され互いに周方向に離間された複数の片部を強調するように二値化した２つの第１二値化画像を個別に生成し、該２つの第１二値化画像のそれぞれにおける前記片部を示す領域の差分を前記パイロットの変動量として算出し、
前記変動量が所定の第１閾値以上である場合、前記水道が使用中であると判定し、
前記２つの第１積算値メータ画像のそれぞれに基づいて、前記積算値針を強調するように二値化した２つの第２二値化画像を個別に生成し、該２つの第２二値化画像それぞれに基づいて前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像それぞれにおける前記第１積算値メータの積算値針の重心位置と先端位置とを個別に算出し、該重心位置及び先端位置に基づいて前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像それぞれについて前記積算値針の２つの回転角度を個別に算出し、該２つの回転角度の差を前記第１積算値メータの積算値針の変動角度として算出し、
前記変動角度が所定の第２閾値以上である場合、前記水道が使用中であると判定する
水道使用判定方法。