JPH11160132A - 液位計測方法及びその装置 - Google Patents
液位計測方法及びその装置Info
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- JPH11160132A JPH11160132A JP32497897A JP32497897A JPH11160132A JP H11160132 A JPH11160132 A JP H11160132A JP 32497897 A JP32497897 A JP 32497897A JP 32497897 A JP32497897 A JP 32497897A JP H11160132 A JPH11160132 A JP H11160132A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 垂直式の量水標をカメラで撮像し、画像処理
により液位を求める。 【解決手段】 液位計測場所に設けられている垂直式量
水標を離れた箇所からカメラで撮像し撮像画像を処理し
て液面位置を求めるに際し、垂直式量水標６の液面から
の反射像をフィルタ４でカットしてからカメラ２で撮像
し、撮像画像中の垂直式量水標実像と屈折像とを識別
し、液面位置を求める。液位計測に邪魔となる反射像が
カットされているために、垂直式量水標の実像と屈折像
とを容易に識別でき、液位が求められる。
により液位を求める。 【解決手段】 液位計測場所に設けられている垂直式量
水標を離れた箇所からカメラで撮像し撮像画像を処理し
て液面位置を求めるに際し、垂直式量水標６の液面から
の反射像をフィルタ４でカットしてからカメラ２で撮像
し、撮像画像中の垂直式量水標実像と屈折像とを識別
し、液面位置を求める。液位計測に邪魔となる反射像が
カットされているために、垂直式量水標の実像と屈折像
とを容易に識別でき、液位が求められる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、河川，湖などの水
位や海などの潮位，油などの液位（以下、これらを総称
して「液位」という。）を計測する液位計測方法及びそ
の装置に係り、特に、河川などに立設した量水標を離れ
た場所からカメラ等で撮像し画像処理により液位を計測
するのに好適な液位計測方法及びその装置に関する。
位や海などの潮位，油などの液位（以下、これらを総称
して「液位」という。）を計測する液位計測方法及びそ
の装置に係り、特に、河川などに立設した量水標を離れ
た場所からカメラ等で撮像し画像処理により液位を計測
するのに好適な液位計測方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】河川等に設置される液位計測装置とし
て、従来から種々の装置が用いられている。例えば、フ
ロート式水位計測装置は、陸上に観測井戸を掘り、この
観測井戸と河川水との間を横導水管で連通し、観測井戸
中にフロートを浮かべ、このフロート位置を計測して河
川の水位としている。しかし、このフロート式水位計測
装置は、洪水等で横導水管が砂利等で詰まるため、その
管理が大変であり、カメラと画像処理を用いた水位計測
技術の開発が望まれていた。
て、従来から種々の装置が用いられている。例えば、フ
ロート式水位計測装置は、陸上に観測井戸を掘り、この
観測井戸と河川水との間を横導水管で連通し、観測井戸
中にフロートを浮かべ、このフロート位置を計測して河
川の水位としている。しかし、このフロート式水位計測
装置は、洪水等で横導水管が砂利等で詰まるため、その
管理が大変であり、カメラと画像処理を用いた水位計測
技術の開発が望まれていた。
【０００３】そこで、本願出願人は、特開平８−１４５
７６５号公報記載の技術を提案し、画像処理による水位
計測を可能にした。この提案に係る技術では、傾斜板を
設置し、傾斜板の水面における屈折像や反射像が水上に
突出した部分の実像に対して曲がる位置を求めること
で、容易且つ確実に水面位置を検出できることを利用し
ている。
７６５号公報記載の技術を提案し、画像処理による水位
計測を可能にした。この提案に係る技術では、傾斜板を
設置し、傾斜板の水面における屈折像や反射像が水上に
突出した部分の実像に対して曲がる位置を求めること
で、容易且つ確実に水面位置を検出できることを利用し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した本願出願人の
提案した水位計測装置は、傾斜板を計測箇所に設置した
り、傾斜標をダム壁面等に貼り付ける必要がある。しか
し、ダム壁面に傾斜標を貼り付けるには水中に潜って作
業をする必要があり、作業コストがかさむという問題が
ある。河川に傾斜板を設置する場合には、１ｋｍ置きに
設置する関係で膨大な数の傾斜板を設置しなければなら
ず、これもコストを増大させる原因となる。従来から、
目視による水位計測の為に、垂直な量水標が計測箇所に
既に立設されており、それを利用し画像処理で良好に液
位を計測する技術の開発が要望されている。
提案した水位計測装置は、傾斜板を計測箇所に設置した
り、傾斜標をダム壁面等に貼り付ける必要がある。しか
し、ダム壁面に傾斜標を貼り付けるには水中に潜って作
業をする必要があり、作業コストがかさむという問題が
ある。河川に傾斜板を設置する場合には、１ｋｍ置きに
設置する関係で膨大な数の傾斜板を設置しなければなら
ず、これもコストを増大させる原因となる。従来から、
目視による水位計測の為に、垂直な量水標が計測箇所に
既に立設されており、それを利用し画像処理で良好に液
位を計測する技術の開発が要望されている。
【０００５】本発明の目的は、傾斜板や傾斜標を用いず
とも垂直に設けられた量水標の撮像画像を画像処理する
ことで良好に液面位置を計測することのできる液位計測
方法及びその装置を提供することにある。
とも垂直に設けられた量水標の撮像画像を画像処理する
ことで良好に液面位置を計測することのできる液位計測
方法及びその装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、液位計測場
所に設けられている垂直式量水標を離れた箇所からカメ
ラで撮像し撮像画像を処理して液面位置を求める液位計
測において、前記垂直式量水標の前記液面からの反射像
をカットするフィルタを前記カメラに取り付け、撮像画
像中の前記垂直式量水標の実像と該垂直式量水標の屈折
像とを識別して液面位置を求めることで、達成される。
所に設けられている垂直式量水標を離れた箇所からカメ
ラで撮像し撮像画像を処理して液面位置を求める液位計
測において、前記垂直式量水標の前記液面からの反射像
をカットするフィルタを前記カメラに取り付け、撮像画
像中の前記垂直式量水標の実像と該垂直式量水標の屈折
像とを識別して液面位置を求めることで、達成される。
【０００７】液位計測に邪魔となる反射像がカットさ
れ、実像と屈折像の画素濃度の違いから両者を容易に識
別できるため、垂直式の量水標の撮像画像からでも良好
な液位計測が可能となる。
れ、実像と屈折像の画素濃度の違いから両者を容易に識
別できるため、垂直式の量水標の撮像画像からでも良好
な液位計測が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る
液位計測装置の概略構成図である。この液位計測装置
は、液位計測場所８に垂直に立設した量水標６と、カメ
ラ雲台５上に設置されたカメラ２と、カメラ２の撮像画
像を画像処理する画像処理装置１とからなる。本実施形
態に係る液位計測装置では、カメラ２のレンズ３に、偏
光フィルタ４を設けたことを特徴とする。以下、偏光フ
ィルタ４を設ける原理について説明する。
参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る
液位計測装置の概略構成図である。この液位計測装置
は、液位計測場所８に垂直に立設した量水標６と、カメ
ラ雲台５上に設置されたカメラ２と、カメラ２の撮像画
像を画像処理する画像処理装置１とからなる。本実施形
態に係る液位計測装置では、カメラ２のレンズ３に、偏
光フィルタ４を設けたことを特徴とする。以下、偏光フ
ィルタ４を設ける原理について説明する。
【０００９】図２に示すように、量水標６の表面１０
（Ｐ１の点）の実像が液面１２に反射した点Ｑ１は、視
点９からは、虚像１３（Ｐ１’点）として観察される。
この視点９をＥ、量水標６の液面境界点をＯとし、ＯＱ
１の延長線上に点Ｆをとると、光の反射特性から次の数
１式
（Ｐ１の点）の実像が液面１２に反射した点Ｑ１は、視
点９からは、虚像１３（Ｐ１’点）として観察される。
この視点９をＥ、量水標６の液面境界点をＯとし、ＯＱ
１の延長線上に点Ｆをとると、光の反射特性から次の数
１式
【００１０】
【数１】∠ＯＱ１Ｐ１＝∠ＥＱ１＝Θ１ が成立する。
【００１１】点Ｐ１での表面反射の明るさをＬ０とする
と、Ｐ１Ｑ１方向の明るさの成分は、次の数２式
と、Ｐ１Ｑ１方向の明るさの成分は、次の数２式
【００１２】
【数２】Ｌ０のＰ１Ｑ１方向の明るさの成分＝Ｌ０・ｃ
ｏｓ4（Θ１）となる。
ｏｓ4（Θ１）となる。
【００１３】視点Ｅでの点Ｐ１の虚像Ｐ１’の明るさＬ
１は、液面で全面反射すると仮定すると、次の数３式
１は、液面で全面反射すると仮定すると、次の数３式
【００１４】
【数３】Ｌ１＝Ｌ０・ｃｏｓ4（Θ１） から得られる。図３は、この数３の関係を示すグラフで
ある。
ある。
【００１５】図４に示されるように、液面下の量水標表
面の一点１４（Ｐ３点）は、視点Ｅからは、虚像として
点Ｐ３’に観察される。つまり、点Ｐ３から光路１６→
光路３７を経由して視点９（Ｅ点）に至る。ここで、液
面に立てた垂線２８と光路１６，３７との交角を夫々Θ
３１，Θ３２とすると、スネルの法則から次の数４式
面の一点１４（Ｐ３点）は、視点Ｅからは、虚像として
点Ｐ３’に観察される。つまり、点Ｐ３から光路１６→
光路３７を経由して視点９（Ｅ点）に至る。ここで、液
面に立てた垂線２８と光路１６，３７との交角を夫々Θ
３１，Θ３２とすると、スネルの法則から次の数４式
【００１６】
【数４】 ｎ＝ｓｉｎ（Θ３２）／ｓｉｎ（Θ３１） が成立する。ここに、ｎは、液体の空気に対する屈折率
である。
である。
【００１７】液面下の量水標の一点Ｐ３までの深さをＨ
３とすると、この深さでの明るさＬ０’は、液中での光
の減衰率をξとすると、次の数５式
３とすると、この深さでの明るさＬ０’は、液中での光
の減衰率をξとすると、次の数５式
【００１８】
【数５】Ｌ０’＝Ｌ０・（１−ξ・Ｈ３） で表現できる。
【００１９】液中の光路１６の長さは、次の数６式
【００２０】
【数６】 光路１６の長さ＝Ｈ３／ｃｏｓ（Θ３１） で表されるので、この間の光の減衰を考慮すると、屈折
光の明るさＬ３は、次の数７式
光の明るさＬ３は、次の数７式
【００２１】
【数７】Ｌ３＝Ｌ０・（１−ξ・Ｈ３）・（１−ξ・Ｈ
３／ｃｏｓ（Θ３１）） で計算される。図５は、この数７式をグラフ化したもの
であり、液中の光の減衰率が大きいほど、すなわち透明
度が悪いほど、屈折光の明るさＬ３は小さくなる。
３／ｃｏｓ（Θ３１）） で計算される。図５は、この数７式をグラフ化したもの
であり、液中の光の減衰率が大きいほど、すなわち透明
度が悪いほど、屈折光の明るさＬ３は小さくなる。
【００２２】図６（ａ），（ｂ）はそれぞれ偏光フィル
タ無しのカメラで撮像した垂直量水標，傾斜量水標の画
像である。垂直量水標の画像（ａ）では、液面８上で量
水標６の屈折像５１と反射像７とが重なった状態が観察
される。このため、液面境界位置が不明瞭となってしま
う。これに対し、傾斜量水標の画像（ｂ）では、屈折像
５４と反射像５３との画像が重なりあわず、しかも、傾
斜量水標５２の実像に対して屈曲した像となるため、液
面境界位置が明瞭となる。しかし、この傾斜量水標の設
置は、コスト増の原因となるため、本実施形態では、垂
直量水標６の画像で液面位置を容易に検出可能にするこ
とを目的としている。
タ無しのカメラで撮像した垂直量水標，傾斜量水標の画
像である。垂直量水標の画像（ａ）では、液面８上で量
水標６の屈折像５１と反射像７とが重なった状態が観察
される。このため、液面境界位置が不明瞭となってしま
う。これに対し、傾斜量水標の画像（ｂ）では、屈折像
５４と反射像５３との画像が重なりあわず、しかも、傾
斜量水標５２の実像に対して屈曲した像となるため、液
面境界位置が明瞭となる。しかし、この傾斜量水標の設
置は、コスト増の原因となるため、本実施形態では、垂
直量水標６の画像で液面位置を容易に検出可能にするこ
とを目的としている。
【００２３】図７は、カメラ２のレンズ３前面に設ける
偏光フィルタ４の効果を説明する図である。フィルタ４
は、カットする方向にマーク１７が付けられており、マ
ーク１７から、（イ）は横方向光波のカットを示し、
（ロ）は縦方向光波のカットを示すことが分かる。符号
１８で示すように、光波は、入力光軸に沿って垂直に振
動する波と、その波に垂直に振動する波とがあり、横方
向の光波を偏光フィルタでカットするとフィルタを通過
した光は（イ）に示されるように縦方向に振動する光波
だけとなり、縦方向の光波を偏光フィルタでカットする
とフィルタを通過した光は（ロ）に示されるように横方
向に振動する光波だけとなる。
偏光フィルタ４の効果を説明する図である。フィルタ４
は、カットする方向にマーク１７が付けられており、マ
ーク１７から、（イ）は横方向光波のカットを示し、
（ロ）は縦方向光波のカットを示すことが分かる。符号
１８で示すように、光波は、入力光軸に沿って垂直に振
動する波と、その波に垂直に振動する波とがあり、横方
向の光波を偏光フィルタでカットするとフィルタを通過
した光は（イ）に示されるように縦方向に振動する光波
だけとなり、縦方向の光波を偏光フィルタでカットする
とフィルタを通過した光は（ロ）に示されるように横方
向に振動する光波だけとなる。
【００２４】図８は、量水標６の表面の一点２１（点Ｐ
１）から来た光を、偏光フィルタを通した場合の説明図
である。量水標表面上の一点２１から来る光波は、光路
２２を通って偏光フィルタに入射し、光路２２と同一方
向の光路３９方向に出射する。光路２２に垂直な断面２
３をとり光波をみると、自然光の場合には、垂直方向成
分の光波２４と水平方向成分の光波２５とが等分に含ま
れている。そして、縦方向カットフィルタを通すと、出
力される光波は、水平成分２０しか持たない光波とな
る。もし、縦方向カットフィルタの代わりに横方向カッ
トフィルタを用いると、垂直成分１９しか持たない光波
がフィルタから出射される。つまり、液面上に突き出た
量水標表面からの光波を偏光フィルタを通して見ると、
カットする方向に関係なく、垂直成分または水平成分の
いずれかにより量水標の実像を観測できる。
１）から来た光を、偏光フィルタを通した場合の説明図
である。量水標表面上の一点２１から来る光波は、光路
２２を通って偏光フィルタに入射し、光路２２と同一方
向の光路３９方向に出射する。光路２２に垂直な断面２
３をとり光波をみると、自然光の場合には、垂直方向成
分の光波２４と水平方向成分の光波２５とが等分に含ま
れている。そして、縦方向カットフィルタを通すと、出
力される光波は、水平成分２０しか持たない光波とな
る。もし、縦方向カットフィルタの代わりに横方向カッ
トフィルタを用いると、垂直成分１９しか持たない光波
がフィルタから出射される。つまり、液面上に突き出た
量水標表面からの光波を偏光フィルタを通して見ると、
カットする方向に関係なく、垂直成分または水平成分の
いずれかにより量水標の実像を観測できる。
【００２５】図９は、量水標６の液面反射像を偏光フィ
ルタを通して見た場合の説明図である。液面上に突き出
た量水標表面の一点２６（点Ｐ２）から出射された光波
が液面２７の点Ｑ２で反射して光路３１を進み偏光フィ
ルタに至るものとする。点Ｐ２から出射した光波には、
垂直方向成分の光波２４や水平方向成分の光波２５が含
まれるが、液面で反射する際に水平方向成分の光波２５
は減衰を受け、入射角がブリュースター角（偏光角）の
ときは零となる。つまり、反射光路３１上の光波は、そ
の光軸に垂直な断面２９を見ると、垂直方向成分が多く
残った光波３０となる。即ち、液面での反射光には水平
方向成分の光波は減衰を受けるという特性があり、本実
施形態に係る液位計測装置では、この特性を利用するた
め、縦波カットフィルタ４をカメラ２に取り付ける。こ
れにより、縦方向成分の光波が主成分の量水標反射像は
カットされる。これに対し、フィルタとして横波カット
フィルタを挿入しても、図９の光軸に垂直な断面３２に
示すように、縦方向成分の光波３３が主成分の反射像は
カットされない。
ルタを通して見た場合の説明図である。液面上に突き出
た量水標表面の一点２６（点Ｐ２）から出射された光波
が液面２７の点Ｑ２で反射して光路３１を進み偏光フィ
ルタに至るものとする。点Ｐ２から出射した光波には、
垂直方向成分の光波２４や水平方向成分の光波２５が含
まれるが、液面で反射する際に水平方向成分の光波２５
は減衰を受け、入射角がブリュースター角（偏光角）の
ときは零となる。つまり、反射光路３１上の光波は、そ
の光軸に垂直な断面２９を見ると、垂直方向成分が多く
残った光波３０となる。即ち、液面での反射光には水平
方向成分の光波は減衰を受けるという特性があり、本実
施形態に係る液位計測装置では、この特性を利用するた
め、縦波カットフィルタ４をカメラ２に取り付ける。こ
れにより、縦方向成分の光波が主成分の量水標反射像は
カットされる。これに対し、フィルタとして横波カット
フィルタを挿入しても、図９の光軸に垂直な断面３２に
示すように、縦方向成分の光波３３が主成分の反射像は
カットされない。
【００２６】図１０は、量水標６の液面下部分の屈折像
を偏光フィルタを通して見た場合の説明図である。量水
標６の液面下の表面の一点１４（点Ｐ３）から出射され
る光波が、液面１６の点Ｑ３で屈折して光路３７を進み
偏光フィルタに至る。点Ｐ３から偏光フィルタに進む屈
折光には、液面反射と異なり、垂直方向成分の光波と水
平方向成分の光波の両方が含まれる。即ち、屈折像の場
合、偏光フィルタでカットする方向に関わらず、これを
観察することができる。
を偏光フィルタを通して見た場合の説明図である。量水
標６の液面下の表面の一点１４（点Ｐ３）から出射され
る光波が、液面１６の点Ｑ３で屈折して光路３７を進み
偏光フィルタに至る。点Ｐ３から偏光フィルタに進む屈
折光には、液面反射と異なり、垂直方向成分の光波と水
平方向成分の光波の両方が含まれる。即ち、屈折像の場
合、偏光フィルタでカットする方向に関わらず、これを
観察することができる。
【００２７】以上説明した光波の振動方向と垂直カット
フィルタとの関係を、次の表１に示す。
フィルタとの関係を、次の表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】図１１（イ）は、偏光フィルタの取付方の
一例を示す図である。カメラ２の前側にはレンズ３が取
り付けられており、このレンズ３の取付筒先端に雌ネジ
が螺刻されている。この雌ネジ部分に偏光フィルタ４を
螺着するようになっている。偏光フィルタ４は、フィル
タ本体４−１と、フィルタ先端リング４−２と、フィル
タ取付リング４−３から構成されており、本体４−１と
先端リング４−２は固定されており、先端リング４−２
とフィルタ取付リング４−３は、任意に回転できるよう
になっている。つまり、回転によりカットする向きを任
意に調整できるようにしてある。更に、図示しない固定
具により、フィルタ先端リング４−２をフィルタ取付リ
ング４−３に固定できるようにしてあり、偏光フィルタ
が縦波カットフィルタとなる位置で固定する。この偏光
フィルタの取付方は、レンズ焦点合わせのために、レン
ズ２を回転させるカメラには不向きであり、焦点固定の
カメラに用いる。
一例を示す図である。カメラ２の前側にはレンズ３が取
り付けられており、このレンズ３の取付筒先端に雌ネジ
が螺刻されている。この雌ネジ部分に偏光フィルタ４を
螺着するようになっている。偏光フィルタ４は、フィル
タ本体４−１と、フィルタ先端リング４−２と、フィル
タ取付リング４−３から構成されており、本体４−１と
先端リング４−２は固定されており、先端リング４−２
とフィルタ取付リング４−３は、任意に回転できるよう
になっている。つまり、回転によりカットする向きを任
意に調整できるようにしてある。更に、図示しない固定
具により、フィルタ先端リング４−２をフィルタ取付リ
ング４−３に固定できるようにしてあり、偏光フィルタ
が縦波カットフィルタとなる位置で固定する。この偏光
フィルタの取付方は、レンズ焦点合わせのために、レン
ズ２を回転させるカメラには不向きであり、焦点固定の
カメラに用いる。
【００３０】図１１（ロ）は、焦点調整のためにレンズ
を回転させるカメラに偏光フィルタを取り付ける方法を
示す図である。この実施形態では、偏光フィルタ４を、
レンズ２とは独立したベース４１に取り付けるようにし
ており、焦点調整のためにレンズを回転しても、偏光フ
ィルタの偏光面は固定となっている。
を回転させるカメラに偏光フィルタを取り付ける方法を
示す図である。この実施形態では、偏光フィルタ４を、
レンズ２とは独立したベース４１に取り付けるようにし
ており、焦点調整のためにレンズを回転しても、偏光フ
ィルタの偏光面は固定となっている。
【００３１】図１２は、図１１（ロ）に示すカメラを用
いた液位計測装置の詳細構成図である。液位計測場所に
設置されている垂直な量水標６の画像を、縦波カットフ
ィルタの位置に調整固定された偏光フィルタ４とレンズ
３とを通してカメラ２に取り込み、カメラ内では、撮像
板４２上に像４３が結像される。この画像４３は、画像
処理装置１内の画像メモリ５９に格納される。画像メモ
リ５９の画像を画像専用プロセッサ５７の入力画像とな
る。図１２において、５６はシステムバス、５５はＣＰ
Ｕ、６０はモニタＴＶである。
いた液位計測装置の詳細構成図である。液位計測場所に
設置されている垂直な量水標６の画像を、縦波カットフ
ィルタの位置に調整固定された偏光フィルタ４とレンズ
３とを通してカメラ２に取り込み、カメラ内では、撮像
板４２上に像４３が結像される。この画像４３は、画像
処理装置１内の画像メモリ５９に格納される。画像メモ
リ５９の画像を画像専用プロセッサ５７の入力画像とな
る。図１２において、５６はシステムバス、５５はＣＰ
Ｕ、６０はモニタＴＶである。
【００３２】偏光フィルタ４は、液面での反射波をカッ
トすべく垂直方向に振動する光波をカットする向きにセ
ット固定されており、レンズ３の焦点調整等を行うため
にレンズ２を回転しても、フィルタの向きが変化しない
ように支持板４０を介して独立した固定ベース４１上に
固定されている。
トすべく垂直方向に振動する光波をカットする向きにセ
ット固定されており、レンズ３の焦点調整等を行うため
にレンズ２を回転しても、フィルタの向きが変化しない
ように支持板４０を介して独立した固定ベース４１上に
固定されている。
【００３３】図１３は、液面での反射画像が偏光フィル
タでカットされたカメラ撮像画像である。画面の中央に
は、液面上からの量水標の実像４３と、液面下からの量
水標の屈折像４４がある。反射像が画像中に存在する
と、垂直な量水標の画像からは液面境界位置の判別は困
難である。しかし、反射像が無いため、屈折像さえ識別
できれば、垂直な量水標でも画像処理により液面位置の
計測が可能となる。
タでカットされたカメラ撮像画像である。画面の中央に
は、液面上からの量水標の実像４３と、液面下からの量
水標の屈折像４４がある。反射像が画像中に存在する
と、垂直な量水標の画像からは液面境界位置の判別は困
難である。しかし、反射像が無いため、屈折像さえ識別
できれば、垂直な量水標でも画像処理により液面位置の
計測が可能となる。
【００３４】この屈折像は、環境条件によっては容易に
識別可能である。すなわち、液体が濁っている場合に
は、図５で説明したように、液面から深いところの像ほ
ど濃度が薄くなって見えなくなり、量水標の実像部を屈
折像から切り離せる。
識別可能である。すなわち、液体が濁っている場合に
は、図５で説明したように、液面から深いところの像ほ
ど濃度が薄くなって見えなくなり、量水標の実像部を屈
折像から切り離せる。
【００３５】図１４は、図１３に示す量水標の実像４３
および屈折像４４の中心線４５上の濃度ヒストグラムを
示す図である。このヒストグラムを解析することによ
り、容易に液面位置が検知できる。ヒストグラムの液面
境界は、光の液中での減衰率が大なるほど明瞭である。
透明に近い液体では、実際上、液面の認識は不可能であ
るが、自然環境下での液位計測が必要な河川や湖沼，ダ
ム貯水などの水が完全な透明体であるということはな
く、濁っているのが普通であるため、屈折像の識別は可
能である。従って、既存の垂直な量水標を利用して画像
処理により液位を計測することは可能である。
および屈折像４４の中心線４５上の濃度ヒストグラムを
示す図である。このヒストグラムを解析することによ
り、容易に液面位置が検知できる。ヒストグラムの液面
境界は、光の液中での減衰率が大なるほど明瞭である。
透明に近い液体では、実際上、液面の認識は不可能であ
るが、自然環境下での液位計測が必要な河川や湖沼，ダ
ム貯水などの水が完全な透明体であるということはな
く、濁っているのが普通であるため、屈折像の識別は可
能である。従って、既存の垂直な量水標を利用して画像
処理により液位を計測することは可能である。
【００３６】図６（ｃ）は反射像をカットした垂直量水
標画像を示す図であり、同図（ｄ）は反射像をカットし
た傾斜量水標画像を示す図である。垂直量水標６の屈折
像７は、液体が濁っていれば濃度が薄くなるため容易に
識別でき、これは、傾斜量水標５２の屈折像でも同様で
ある。このため、反射像をカットすることで、傾斜量水
標を用いなくても、液位計測ができる。
標画像を示す図であり、同図（ｄ）は反射像をカットし
た傾斜量水標画像を示す図である。垂直量水標６の屈折
像７は、液体が濁っていれば濃度が薄くなるため容易に
識別でき、これは、傾斜量水標５２の屈折像でも同様で
ある。このため、反射像をカットすることで、傾斜量水
標を用いなくても、液位計測ができる。
【００３７】図１５は、液位計測処理の処理手順を示す
フローチャートである。液位計測では、実際の距離が撮
像画像中でいかなる距離となるかを計算機が認識しない
と精度よく液位の計測ができないため、それを計算機に
教示する処理が必要となる。それが、同図（イ）に示す
教示手順を示すフローチャートである。まず、ステップ
Ａで、画面上の位置をカーソル等で指示することで第１
の基準点を入力する。次に同様にして第２の基準点を入
力する（ステップＢ）。そして、２つの基準点間の実距
離ｊを入力し（ステップＣ）、画像座標上における２つ
の基準点間の距離ｓを計測する（ステップＤ）。これに
より、ステップＥで、両座標系間の距離変換係数ε＝ｊ
／ｓが計算できる。
フローチャートである。液位計測では、実際の距離が撮
像画像中でいかなる距離となるかを計算機が認識しない
と精度よく液位の計測ができないため、それを計算機に
教示する処理が必要となる。それが、同図（イ）に示す
教示手順を示すフローチャートである。まず、ステップ
Ａで、画面上の位置をカーソル等で指示することで第１
の基準点を入力する。次に同様にして第２の基準点を入
力する（ステップＢ）。そして、２つの基準点間の実距
離ｊを入力し（ステップＣ）、画像座標上における２つ
の基準点間の距離ｓを計測する（ステップＤ）。これに
より、ステップＥで、両座標系間の距離変換係数ε＝ｊ
／ｓが計算できる。
【００３８】上述した教示処理は、液位計測装置の設置
時に行い、以後は、図１５（ロ）のオンライン処理を行
う。オンライン処理では、縦波カット用の偏光フィルタ
を通したカメラ画像を取り込み（ステップＦ）、画像解
析を行って液面検知を行う（ステップＧ）。そして、教
示処理において求めた距離変換係数εと、基準点データ
とを使用して、基準点からの相対液位を計算し（ステッ
プＨ）、結果を出力する（ステップＪ）。
時に行い、以後は、図１５（ロ）のオンライン処理を行
う。オンライン処理では、縦波カット用の偏光フィルタ
を通したカメラ画像を取り込み（ステップＦ）、画像解
析を行って液面検知を行う（ステップＧ）。そして、教
示処理において求めた距離変換係数εと、基準点データ
とを使用して、基準点からの相対液位を計算し（ステッ
プＨ）、結果を出力する（ステップＪ）。
【００３９】図１６は、図１５に示す液面検知処理（ス
テップＧ）の詳細手順を示すフローチャートである。ま
ず、ステップＧ１５０において、図１３の画像中からウ
インドウ４６内の画像を抽出する。次のステップＧ２０
０ではウインドウ４６画像の最上方を原点としてｙ軸方
向に座標系をとり原点からの距離をｙとし、ウインドウ
４６内で図１４に示すｘ軸方向累積濃度ヒストグラムを
作成し（ステップＧ２５０）、その最大濃度ｇmaxを求
め（ステップＧ３００）、その最小濃度ｇminを求める
（ステップＧ３５０）。この最小濃度ｇminは、液面の
平均濃度と同じである。
テップＧ）の詳細手順を示すフローチャートである。ま
ず、ステップＧ１５０において、図１３の画像中からウ
インドウ４６内の画像を抽出する。次のステップＧ２０
０ではウインドウ４６画像の最上方を原点としてｙ軸方
向に座標系をとり原点からの距離をｙとし、ウインドウ
４６内で図１４に示すｘ軸方向累積濃度ヒストグラムを
作成し（ステップＧ２５０）、その最大濃度ｇmaxを求
め（ステップＧ３００）、その最小濃度ｇminを求める
（ステップＧ３５０）。この最小濃度ｇminは、液面の
平均濃度と同じである。
【００４０】以下では、ヒストグラムの最大濃度ｇmax
および最小濃度ｇminから液面位置を求める。図１４
は、中心線１９上の濃度の変化を示す図であるが、量水
標の高さＨの部分は、濃度最大値ｇmaxを示し、屈折像
１７上の濃度ｇは、次の数８式
および最小濃度ｇminから液面位置を求める。図１４
は、中心線１９上の濃度の変化を示す図であるが、量水
標の高さＨの部分は、濃度最大値ｇmaxを示し、屈折像
１７上の濃度ｇは、次の数８式
【００４１】
【数８】ｇ＝Ｇ（ｙ） 但し、Ｈ≦ｙ のような座標ｙの関数で表現できる。Ｈ≦ｙの範囲で、
ｇは漸減する量である。ｙが大きくなると、液面の平均
濃度ｇminに近づく。このように、濃度値ｇは、縦軸の
座標ｙの関数として数８式のように表現できるので、逆
関数INVＧを次の数９式
ｇは漸減する量である。ｙが大きくなると、液面の平均
濃度ｇminに近づく。このように、濃度値ｇは、縦軸の
座標ｙの関数として数８式のように表現できるので、逆
関数INVＧを次の数９式
【００４２】
【数９】ｙ＝INVＧ（ｇ） で定義する。そして、下記の数１０式，数１１式
【００４３】
【数１０】 ｙ１＝INVＧ（ｇmax−０．２×（ｇmax−ｇmin））
【００４４】
【数１１】 ｙ２＝iNVＧ（ｇmax−０．８×（ｇmax−ｇmin）） を求める。この例では、（最大−最小）の０．２倍と
０．８倍のところに閾値を設けて液面位置の概略値を決
定するが、この係数０．２，０．８は、透明度や濁度に
より適当に最適値を使用すればよい。ｙ１やｙ２は、必
ずしもえられる座標値ではないが、その中間値は必ず得
られるので、次の数１２式
０．８倍のところに閾値を設けて液面位置の概略値を決
定するが、この係数０．２，０．８は、透明度や濁度に
より適当に最適値を使用すればよい。ｙ１やｙ２は、必
ずしもえられる座標値ではないが、その中間値は必ず得
られるので、次の数１２式
【００４５】
【数１２】ｙ１＞ＳＵＩＩ＞ｙ２ から中間値ＳＵＩＩを求め、これを液面の概略液位とす
る。
る。
【００４６】以上を処理するのが、図１６のステップＧ
４００〜ステップＧ９００である。まず、ｙ＝０とし
（ステップＧ４００）、次のステップＧ４５０で一画素
Δｙ単位にｙ座標位置を更新し、ステップＧ５００で数
１０式の（ｇmax−０．２×（ｇmax−ｇmin））を求め
てこれがｇ（ｙ）より大きいか否かを判定する。小さい
場合にはステップＧ４５０に戻ってステップＧ４５０，
Ｇ５００を繰り返し、上記のｙ１を求める。次に、ステ
ップＧ６００で一画素Δｙ単位にｙ座標位置を更新し、
ステップＧ７００で数１１式の（ｇmax−０．８×（ｇm
ax−ｇmin））を求めてこれがｇ（ｙ）より小さい否か
を判定する。大きい場合にはステップＧ６００に戻って
ステップＧ６００，Ｇ７００を繰り返し、上記のｙ２を
求める。そして、ステップＧ８００では、上記の中間値
ＳＵＩＩを求め、更に、ステップＧ９００で概略液位Ｓ
ＵＩＩの値を補正し、この値を液位として出力する。
尚、中間値の求め方や補正の仕方は、要求精度や設置環
境、経験などを勘案して決定する。
４００〜ステップＧ９００である。まず、ｙ＝０とし
（ステップＧ４００）、次のステップＧ４５０で一画素
Δｙ単位にｙ座標位置を更新し、ステップＧ５００で数
１０式の（ｇmax−０．２×（ｇmax−ｇmin））を求め
てこれがｇ（ｙ）より大きいか否かを判定する。小さい
場合にはステップＧ４５０に戻ってステップＧ４５０，
Ｇ５００を繰り返し、上記のｙ１を求める。次に、ステ
ップＧ６００で一画素Δｙ単位にｙ座標位置を更新し、
ステップＧ７００で数１１式の（ｇmax−０．８×（ｇm
ax−ｇmin））を求めてこれがｇ（ｙ）より小さい否か
を判定する。大きい場合にはステップＧ６００に戻って
ステップＧ６００，Ｇ７００を繰り返し、上記のｙ２を
求める。そして、ステップＧ８００では、上記の中間値
ＳＵＩＩを求め、更に、ステップＧ９００で概略液位Ｓ
ＵＩＩの値を補正し、この値を液位として出力する。
尚、中間値の求め方や補正の仕方は、要求精度や設置環
境、経験などを勘案して決定する。
【００４７】このようにして求めた液位は、液体の濁度
が高い程、精度の高い液位計測値として使用することが
できる。従って、計測対象となる液体が常に透明な計測
場所では、特開平８−１４５７６５号公報や特願平９−
１７４５４５号で提案された傾斜量水標を用いた液位計
測を行い、主に濁水が計測対象となる場所では既存の垂
直な量水標を利用できるので、大幅なコスト低減を図っ
た画像処理による液位計測が可能となり、その普及の促
進が期待される。
が高い程、精度の高い液位計測値として使用することが
できる。従って、計測対象となる液体が常に透明な計測
場所では、特開平８−１４５７６５号公報や特願平９−
１７４５４５号で提案された傾斜量水標を用いた液位計
測を行い、主に濁水が計測対象となる場所では既存の垂
直な量水標を利用できるので、大幅なコスト低減を図っ
た画像処理による液位計測が可能となり、その普及の促
進が期待される。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、垂直な量水標を用いて
画像処理により液位計測が可能となるため、既存の垂直
な量水標を利用でき、大幅なコスト削減が可能となり、
画像処理による液位計測装置の普及が期待できる。
画像処理により液位計測が可能となるため、既存の垂直
な量水標を利用でき、大幅なコスト削減が可能となり、
画像処理による液位計測装置の普及が期待できる。
【図１】本発明の一実施形態に係る液位計測装置の概略
構成図である。
構成図である。
【図２】量水標の液面反射の説明図である。
【図３】液面反射の明るさとカメラ角度との関係説明図
である。
である。
【図４】液面下からの屈折光の説明図である。
【図５】屈折光の明るさと深さの関係を示すグラフであ
る。
る。
【図６】垂直式の量水標と傾斜量水標の屈折像と反射像
の説明図である。
の説明図である。
【図７】偏光フィルタの説明図である。
【図８】対象物からの直接光に対する偏光フィルタの効
果説明図である。
果説明図である。
【図９】対象物の液面反射光に対する偏光フィルタの効
果説明図である。
果説明図である。
【図１０】対象物の液面下からの屈折光に対する偏光フ
ィルタの効果説明図である。
ィルタの効果説明図である。
【図１１】偏光フィルタのカメラへの取付方法２例を示
す図である。
す図である。
【図１２】図１１（ロ）に示す偏光フィルタ取付方法を
採用した液位計測装置の詳細構成図である。
採用した液位計測装置の詳細構成図である。
【図１３】反射像を偏光フィルタでカットしたカメラ撮
像画像を示す図である。
像画像を示す図である。
【図１４】図１３の中心線に沿って求めたヒストグラム
である。
である。
【図１５】液位計測手順を示すフローチャートである。
【図１６】液面検知処理の詳細手順を示すフローチャー
トである。
トである。
１…画像処理装置、２…カメラ、３…レンズ、４…偏光
フィルタ、５…雲台、６…垂直式の量水標、８…液面。
フィルタ、５…雲台、６…垂直式の量水標、８…液面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑 俊夫 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内
Claims (6)
- 【請求項１】 液位計測場所に設けられている垂直式量
水標を離れた箇所からカメラで撮像し撮像画像を処理し
て液面位置を求める液位計測方法において、前記垂直式
量水標の前記液面からの反射像をカットするフィルタを
前記カメラに取り付け、撮像画像中の前記垂直式量水標
の実像と該垂直式量水標の屈折像とを識別して液面位置
を求めることを特徴とする液位計測方法。 - 【請求項２】 液位計測場所に設けられている垂直式量
水標を離れた箇所からカメラで撮像し撮像画像を処理し
て液面位置を求める液位計測方法において、前記垂直式
量水標から出射される光波のうち液面に対して垂直方向
に振動する光波をカットする偏光フィルタを通して前記
カメラで撮像し、撮像画像中の前記垂直式量水標の実像
と該垂直式量水標の屈折像とを識別して液面位置を求め
ることを特徴とする液位計測方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、撮像
画像の前記実像および屈折像の中心線に沿った方向をｙ
方向としたときのｘ軸方向累積濃度のヒストグラムを求
め、該ヒストグラムから前記実像と前記屈折像とを識別
することを特徴とする液位計測方法。 - 【請求項４】 液位計測場所に設けられている垂直式量
水標を離れた箇所からカメラで撮像し撮像画像を処理し
て液面位置を求める液位計測装置において、前記垂直式
量水標の前記液面からの反射像をカットするフィルタを
前記カメラに取り付ける共に、撮像画像中の前記垂直式
量水標の実像と該垂直式量水標の屈折像とを識別して液
面位置を求める手段を設けたことを特徴とする液位計測
装置。 - 【請求項５】 液位計測場所に設けられている垂直式量
水標を離れた箇所からカメラで撮像し撮像画像を処理し
て液面位置を求める液位計測装置において、前記垂直式
量水標から出射される光波のうち液面に対して垂直方向
に振動する光波をカットする偏光フィルタを前記カメラ
に取り付けると共に、撮像画像中の前記垂直式量水標の
実像と該垂直式量水標の屈折像とを識別して液面位置を
求める手段を設けたことを特徴とする液位計測装置。 - 【請求項６】 請求項４または請求項５において、撮像
画像の前記実像および屈折像の中心線に沿った方向をｙ
方向としたときのｘ軸方向累積濃度のヒストグラムを求
め、該ヒストグラムから前記実像と前記屈折像とを識別
することを特徴とする液位計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32497897A JP3231012B2 (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 液位計測方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32497897A JP3231012B2 (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 液位計測方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11160132A true JPH11160132A (ja) | 1999-06-18 |
| JP3231012B2 JP3231012B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=18171767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32497897A Expired - Fee Related JP3231012B2 (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 液位計測方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3231012B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007129639A1 (ja) * | 2006-05-01 | 2007-11-15 | Olympus Corporation | 液面検知装置 |
| KR100819844B1 (ko) | 2006-10-31 | 2008-04-07 | (주)아세아항측 | 측지측량에서 영상정보 취득을 이용한 국가수준기준점측량방법 |
| CN103822686A (zh) * | 2012-11-16 | 2014-05-28 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 发动机润滑系统机油油量的实时测试装置及方法 |
| CN112255076A (zh) * | 2020-10-24 | 2021-01-22 | 上海汇像信息技术有限公司 | 氮吹装置及其控制方法 |
-
1997
- 1997-11-26 JP JP32497897A patent/JP3231012B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007129639A1 (ja) * | 2006-05-01 | 2007-11-15 | Olympus Corporation | 液面検知装置 |
| KR100819844B1 (ko) | 2006-10-31 | 2008-04-07 | (주)아세아항측 | 측지측량에서 영상정보 취득을 이용한 국가수준기준점측량방법 |
| CN103822686A (zh) * | 2012-11-16 | 2014-05-28 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 发动机润滑系统机油油量的实时测试装置及方法 |
| CN112255076A (zh) * | 2020-10-24 | 2021-01-22 | 上海汇像信息技术有限公司 | 氮吹装置及其控制方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3231012B2 (ja) | 2001-11-19 |
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