JPH06292058A - テレビカメラ撮影アングル調整方法とそのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 予め記憶された撮影対象の基本画像と、テレ
ビカメラによって撮影された撮影対象の画像とによっ
て、それぞれの二次元に対応する各画素における輝度レ
ベルの差を求め、さらにその差の絶対値を計算し、この
絶対値を全画面について積算し、その積算値を読取りな
がらテレビカメラの撮影アングルを調整する。 【効果】 たとえ２つの画像間に、撮影距離の違い、撮
影角度の違い、撮影画角の違い等があっても、パターン
マッチング処理が正確に行え、従来できなかったテレビ
カメラの撮影アングルの調整が可能となる、またさら
に、ロボット等による設備等の自動点検に利用可能なテ
レビカメラシステムが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、テレビカメラを用い
た撮影アングル調整方法とテレビカメラシステムに関す
るものである。さらに詳しくは、この発明は、工場、発
電所等の設備管理及び点検に有用なパターンマッチング
による撮影アングル調整システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】各種の設備が正常に動作し続
けることを保障するためには、将来的に設備に発生する
わずかなトラブルの予兆をいち早くキャッチすることが
重要である。そのため、これまでは監視員が定期的に設
備を巡視しながら、目視点検をすることが行われてき
た。

【０００３】しかしながら、人による点検では、点検対
象が多く、かつ複雑な場合には、点検漏れや見過ごしが
生じやすい。このため、従来より、人による点検に代わ
る自動点検の必要性が指摘されてきた。このような人に
よる巡視点検を自動化する一方法として、たとえば図１
に示したように、テレビカメラを搭載したロボットから
なる移動点検車を巡視ルートに沿って走行させ、送変電
設備等の要所の部分の映像を捉え、予め正常な状態の画
像と比較することによって、現在の設備が正常かどうか
の判定を、画像処理技術によって実施することが考えら
れる。

【０００４】しかしながら、このような方法やシステム
においては、予め把握されている基本画像と、点検に際
して撮影した画像とを比較するとき、この２つの画像間
に、撮影距離の違い、撮影角度の違い、撮影画角の違い
等があると、パターンマッチング処理が正確に実行でき
ないことになる。そこで、画角の違い等を検出画像から
把握し、これらの違いをなくすように、カメラアングル
（パンおよびチルト）を自動変更する、すなわち撮影ア
ングルを合わせるための自動的な首振り動作を実現する
ことが必要となる。

【０００５】自動的に映像を撮影する場合、調整しなく
てはならない項目は、次の３点である。 ａ）撮影レンズの絞り ｂ）焦点 ｃ）撮影アングル このうち、ａ）、ｂ）については、すでに様々な方法で
自動化されている。しかしながら、ｃ）については、現
在までのところ自動的に調整する方法はなく、なおか
つ、調整するシステムも検討されてこなかった。

【０００６】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、従来の技術の欠点を解消し、たとえ
２つの画像間に、撮影距離の違い、撮影角度の違い、撮
影画角の違い等があっても、パターンマッチング処理を
正確に行うことができ、従来できなかったテレビカメラ
の撮影アングルの調整を可能とするテレビカメラ撮影ア
ングル調整方法と、さらにそのための、ロボット等によ
る設備等の自動点検に利用可能なシステムを提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、予め記憶された撮影点検対象の
基本画像と、テレビカメラによって撮影された撮影点検
対象の画像とによって、それぞれの二次元に対応する各
画素における輝度レベルの差を求め、さらにその差の絶
対値を計算し、この絶対値を全画面について積算し、そ
の積算値を読取りながらテレビカメラの撮影アングルを
調整することを特徴とするテレビカメラを用いた撮影ア
ングル調整方法を提供する。

【０００８】またさらに、この発明は、１）点検対象を
撮影するＣＣＤタイプあるいは撮像管タイプのテレビカ
メラと、２）そのテレビカメラを搭載しその撮影アング
ル（パンおよびチルト）を変更できる機構と、３）テレ
ビカメラ及び撮影アングル変更機構を搭載し点検対象物
のまわりを走行するための移動機構と、４）予め点検対
象の基本映像を蓄える映像記憶装置と、５）映像記憶装
置から当面の点検対象の映像を読みだし格納する「画像
メモリ１」と、６）前記テレビカメラが撮影した画像を
格納する「画像メモリ２」と、７）「画像メモリ１」と
「画像メモリ２」の２次元的に対応する各画素における
輝度レベルの差を求め、さらに差の絶対値を計算し、こ
の絶対値を全画面について積算する画像間演算器と、
８）前記積算値を読取りながら、テレビカメラの撮影ア
ングル変更機構を制御する制御器と、９）撮影アングル
を変更した範囲における積算値の最小値およびその時点
の撮影アングルの状態を求める積算最小値算出器と、か
らなるテレビカメラ撮影アングル調整システムも提供す
る。

【０００９】

【作用】さらに詳しく説明すると、この発明の方法で
は、予め記憶された撮影点検対象の基本画像と、テレビ
カメラによって撮影された撮影点検対象の画像とを比較
するが、この２つの映像間では、撮影アングルのわずか
な狂いのため、通常、その構図は完全には一致していな
い。そこで、２つの映像の構図の相違度を示す指標を計
算しながら、撮影アングルの調整を行い、その動作範囲
の中で、最も相違度の低かった位置に撮影アングルを変
更する。

【００１０】このため、撮影対象の基本画像とテレビカ
メラによって撮影された撮影対象の画像の２次元的に対
応する各画素における輝度レベルの差を求め、さらに差
の絶対値を計算し、この絶対値を全画面について積算し
て得られる値を「相違度」と呼ぶ。すなわち、たとえば
図２に示したように、画像メモリー１と２の２つの画像
を、各々、ｆ（ｘｉ，ｙｊ）およびｇ（ｘｉ，ｙｊ）と
表現し、（ｘｉ，ｙｊ）は、横軸ｘ、縦軸ｙで表わされ
る２次元空間にある画素における任意の一点の位置を示
すとすると、ｆ（ｘｉ，ｙｊ）およびｇ（ｘｉ，ｙｊ）
は、画像中の一点（ｘｉ，ｙｊ）における映像信号レベ
ル、すなわち、当該点の明るさを表わす輝度レベルを示
している。また、ｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍで、画像のｘ
方向にｎ点、ｙ方向にｍ点の、合計ｎ×ｍ点の離散点か
らなるディジタル画像であることを示している。このと
き、２つの画像の構図の相違度αは、次式で表わさせ
る。

【００１１】

【数１】

【００１２】つまり、各画素における輝度レベルの差の
絶対値もしくは差の自乗値を積算する。この式におい
て、２つの画像が完全に一致していれば、相違度αは０
になる。カメラの首振り角度が変化すると、相違度が大
きく変化するが、基本画像と撮影対象の画像との２つの
画像間のパターンマッチング処理を行なうために、カメ
ラアングル（パンおよびチルト）を自動変更する、すな
わち画角を合わせるための自動的な首振り動作を実現す
るための指標として、上記の相違度αが、そのための指
標として有効となる。

【００１３】画像を構図する線分等を認識して２画像の
相違度を確認する方式も考えられるが、この発明の方法
の場合には、演算が単純なため、高速演算が可能であ
り、カメラの首振りを行なわせるような動的な位置決め
に適している。たとえば、この発明の方法、システムを
電力設備点検に使用する場合には、以下のものがその点
検対象として例示される。

【００１４】 盤面のランプ点灯の状況 各種メータの読み カウンタの読み カウンタの動作異常の有無 リレー動作の有無 油のにじみ（漏油） 油温計の読み 油面計の読み ガス圧計の読み 操作用空気圧計の読み サーモラベルの観察 シリカゲルの変色 台風前後の異物・飛来物の有無 断路器の噛み合いの状態観察 接地機器の動作正常性 以下、実施例を示し、さらにこの発明について詳しく説
明する。

【００１５】

【実施例】実施例１ この発明のテレビカメラ撮影アングル調整方法のための
テレビカメラシステムを構成する。図３はその例を示し
たものである。すなわち、テレビカメラ（１）を旋回方
向と仰角方向とを変更できる撮影アングル変更機構
（２）に取り付け、これらが一体となって、点検ロボッ
トとしての移動機構（３）に取り付ける。

【００１６】この点検ロボットによる点検においては、
予め、点検対象となる設備の特定の箇所の映像、それも
設備が正常な状態での映像を記憶しておくことが必要と
なる。これは熟練した点検者によってロボットに記憶す
ることになる。点検ロボットは、記憶された映像を、点
検対象設備におけるその位置、撮影アングルとともに映
像記憶装置（画像データベース）（４）に記憶する。

【００１７】実際の点検においては、点検ロボットは、
自らの移動機構（３）によって、予め指定されている点
検位置に移動し、所定の撮影アングルによって、点検対
象設備の要所を撮影する。この時、ロボットの点検位置
に応じて予め教示されている正常状態の設備映像を、映
像記憶装置（画像データベース）（４）から画像メモリ
−１（５）に転送する。撮影された映像は、画像メモリ
−２（６）に格納される。

【００１８】しかしながら、この２つの映像間では、ロ
ボットの停止位置や撮影アングルのわずかな狂いのた
め、通常、その構図は完全には一致していない。そこ
で、前記の２つの映像の構図の相違度（α）を画像間演
算器（７）によって計算しながら、制御器（８）により
撮影アングル変更機構（２）を所定の範囲で動作させ、
その動作範囲の中で、最も相違度の低かった位置に撮影
アングル変更機構（２）の状態を戻し、再度、映像を撮
影する。

【００１９】制御器（８）は、撮影アングル変更機構に
対して、各軸の角度を制御する機能を有し、具体的に
は、たとえば旋回軸に対しては、標準の角度から±２度
の範囲で連続的に動作するように制御する。制御器
（８）は、積算最小値算出器（９）と連結されてもい
る。また、図３に示したように、システムとしては、さ
らにＡＤ変換器（１０）および映像分配器（１１）も備
えている。このうちのＡＤ変換器（１０）は、テレビカ
メラ（１）からのアナログの映像信号をディジタル化す
るものであり、また、映像分配器（１１）は、ディジタ
ル化された映像信号を画像メモリー２（６）に入力する
ことと、別のタイミングで画像メモリー２（６）の映像
信号を映像記憶装置（４）に転送する機能を有してい
る。このいずれの機能を働かせるかは、制御器（８）か
らの制御信号に基づいて決定される。

【００２０】制御器（８）による上記の旋回軸の動作の
最中に、画像間演算器（７）が時々刻々と出力する相違
度αを入力し、角度θと相違度αの一対のデータとし
て、一旦、記憶し、旋回軸の所定の動作が完了すると、
必要な情報である角度θと相違度αとの対のデータがす
べて得られたことになる。このデータの例を示したもの
が図４である。

【００２１】図４の例では、旋回角度θが、θ₀ のとき
に、相違度α₀ が最も小さくなっており、このときが、
予め記憶されている映像と点検のために現在撮影してい
る映像との構図を一致させるように動作するものであ
る。図５はカメラの首振り角度が変化すると、相違度
（α）が大きく変化することを示している。すなわち、
基本画像と点検に際して撮影した画像との２つの画像間
のパターンマッチング処理を行うために、カメラアング
ル（パンおよびチルト）を自動変更する、すなわち画角
を合わせるための自動的な首振り動作を実現するための
指標として、ここで述べている相違度αが、そのための
指標として十分に有効であることが確認される。

【００２２】また、この作製したテレビカメラシステム
を用いて、カメラの絞りが相違度にあたえる影響を測定
した。このデータを例示したものが図６である。図６
は、絞りが変化すると、相違度が変化することを示して
いる。この特質を逆用して、実際の点検ロボットが対象
を点検するとき、天候や時間帯によっては、撮影画像の
明るさが変化するので、相違度を見ながら、撮影画像の
明度としては一定となるように、絞りを自動調整するこ
とが可能となる。

【００２３】図７は、この発明のシステムのための信号
処理のハードウェア構成について例示したものである。
図中の符号は、以下のものを示している。 ７１：アナログコントロール ７２：ＡＤＣ（ＡＤコンバータ） ＴＶカメラから到来したビデオ信号を、後段のディジタ
ル画像処理のために、８ビットのディジタル信号に変換
する。

【００２４】７３：ピクセルスイッチ 映像信号の流れを制御する。可能な信号の流れは次のと
おり。 ＡＤＣ → ＤＡＣ ＶＲＡＭ１ｏｒ２ → ＤＡＣ ＡＤＣ → ＶＲＡＭ１ｏｒ２ ＡＤＣ → ＤＳＰ → ＶＲＡＭ１
ｏｒ２ ＶＲＡＭ１ｏｒ２ → ＤＳＰ → ＶＲＡＭ２
ｏｒ１ ＤＳＰ → ＤＡＣ ７４：ＤＡＣ（ＤＡコンバータ） ディジタル画像をモニターテレビに表示するためにアナ
ログ信号変換する。

【００２５】７５：ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセ
ッサ） コンボリューション演算を実行する。独立に３個のＤＳ
Ｐを有し、１個のＤＳＰの出力を他のＤＳＰに入力する
ことができる。信号の前処理に使用するが、特許の内容
に本質的には関係しない。 ７６：ＶＲＡＭ１、２（ビデオラム） 画像メモリーで、図３の画像メモリー１と画像メモリー
２に対応する。

【００２６】７７：Ｔ８０５（トランスピュータ） 並列演算型のコンピュータで、ソフトウェアにより各種
画像処理を高速に実行する。図３の画像間演算器および
積算最小値算出器を、実現する。 ７８：ローカルメモリー トランスピュータが実行する画像処理のプログラムを格
納し、また、演算時のワーク用に使用するメモリーであ
る。実施例２ 実施例１におけるテレビカメラを用いて、実際に設備の
正常・異常の判定を行う。

【００２７】予め記憶されている映像は、正常な状態の
映像であるため、現在、撮影した映像と教示映像との相
違度が低い、すなわち相違度αが小さい値であれば、現
在の映像は、設備が正常な状態で撮影されたものと判断
する。図８は、正常な設備を撮影した場合を示してい
る。相違度αが最も小さくなるθ₀ の位置で、最小の相
違度α₀ を示す。この値が正常異常の限界を示す相違度
α_c よりも小さいので、設備は正常であると判断する。

【００２８】図９は、異常が発生している設備を撮影し
た場合を示している。相違度が最も小さくなるθ₀ の位
置で、相違度α₀ の値が正常異常の限界を示すα_c より
も大きくなっており、設備に異常が発生していると判断
する。画像が一致していないということは、予め記憶さ
れいてる正常画像に対して、現在の画像が同じ構図で撮
影しても内容が異なっているわけで、この原因は、いず
れも設備に異常が発生したことを表すものである。

【００２９】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り、たとえ２つの画像間に、撮影距離の違い、撮影角度
の違い、撮影画角の違い等があっても、パターンマッチ
ング処理が正確に行え、従来できなかったテレビカメラ
の撮影アングルの調整を可能とするテレビカメラによる
撮影アングル調整方法と、さらに、ロボット等による設
備等の自動点検に利用可能なテレビカメラシステムが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】テレビカメラ自動点検システムを例示した全体
斜視図である。

【図２】この発明の方法の原理を示した概念図である。

【図３】この発明のシステム構成を例示したブロック図
である。

【図４】相違度について示した関係図である。

【図５】相違度と首振り角度とのデータ図である。

【図６】相違度とレンズ絞りとのデータ図である。

【図７】この発明のシステムの信号処理のハードウェア
構成図である。

【図８】正常時の判定図である。

【図９】異常時の判定図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め記憶された撮影点検対象の基本画像
   と、テレビカメラによって撮影された撮影点検対象の画
   像とによって、それぞれの二次元に対応する各画素にお
   ける輝度レベルの差を求め、さらにその差の絶対値を計
   算し、この絶対値を全画面について積算し、その積算値
   を読取りながらテレビカメラの撮影アングルを調整する
   ことを特徴とするテレビカメラ撮影アングル調整方法。
2. 【請求項２】 １）点検対象を撮影するＣＣＤタイプあ
   るいは撮像管タイプのテレビカメラと、２）そのテレビ
   カメラを搭載しその撮影アングルを変更できる機構と、
   ３）テレビカメラ及び撮影アングル変更機構を搭載し点
   検対象物のまわりを走行するための移動機構と、４）予
   め点検対象の基本映像を蓄える映像記憶装置と、５）映
   像記憶装置から当面の点検対象の映像を読みだし格納す
   る「画像メモリ１」と、６）前記テレビカメラが撮影し
   た画像を格納する「画像メモリ２」と、７）「画像メモ
   リ１」と「画像メモリ２」の２次元的に対応する各画素
   における輝度レベルの差を求め、さらに差の絶対値を計
   算し、この絶対値を全画面について積算する画像間演算
   器と、８）前記積算値を読取りながら、テレビカメラの
   撮影アングル変更機構を制御する制御器と、９）撮影ア
   ングルを変更した範囲における積算値の最小値およびそ
   の時点の撮影アングルの状態を求める積算最小値算出器
   と、からなるテレビカメラ撮影アングル調整システム。