JPS5856148B2 - 汚染物拡散状況の解析方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は海洋、湖、河川、大気等における工業汚水、生
活排水、流出油、煤煙など汚染物の汚染拡散状況を解析
する方法とその解析装置に関するものである。

従来、海洋、湖、河川等における汚染物の汚染拡散状況
の解析方法としては以下のようなものが存在した。

ａ）航空機等から海洋、河川等を観測し、観測者の目視
にて拡散範囲を地図に書き込む方法。

ｂ）航空写真より写真濃度分布を測定して、拡散状況を
解析する方法。

Ｃ）汚染水域にて採水し汚染物の濃度を測定する方法。

上記ａ）の方法では観測者が目視にて観測するため正確
な濃度分布まで測定できず個人差による誤差が太きい。

またｂ）の方法では一枚の写真データ上には汚染物以外
の地形図、海底等の背景が重畳しているため、この背景
の影響をうけ汚染物のみの分布を得ることは困難である
。

Ｃ）の方法については、汚染領域の地形、状況等により
採水地点の数は限られてくるため広範な領域の汚染拡散
について解析することは、人為的にも物理的にも大変不
経済のものである。

以上のように従来の解析方法、解析装置では汚染領域に
注目し、高速、正確、経済性にみあう方式なり解析装置
がなかった。

本発明は前述のような従来の汚染物拡散状況解析方法、
解析装置に比較して、広範囲にわたる汚染状況を、汚染
進行過程における時間差をもつ２つの画像データより差
分演算を行い、地形、海底等の背景の影響を除き、汚染
領域のみのデータを高速、高精度で高能率的に拡散状況
を解析することを特徴とし、その目的は汚染拡散状況を
カラー表示し、かつ自動製図機等で作図し、拡散状況を
正確に把握、分析することである。

このため、汚染状況を遠隔カメラにより随時撮影し、こ
の汚染の進行過程におけるある時間差をもつ２つの画像
データの差分演算をバード的に行い、地形、海底等の背
景の影響を消去し、汚染拡散データのみを抽出し、これ
を量子化したデータをもとに色付けし、カラーモニタ上
に表示するとともに、その画像の１絵素毎に濃度レベル
を計算機の記憶媒体にファイルし、これを基にスムーズ
イング等の前処理後等濃度曲線を抽出し、自動製図機等
で濃度分布を作画させることを特徴とする１以下、本発
明の構成動作を説明するため、一実施例として汚物拡散
のシミュレーション実験トシて水理模型あるいは水槽な
どを用いた染料拡散実験における濃度分布の解析に適用
した場合について述べる。

第１図は本システムの構成を表わすブロック図で、まず
概略について述べる。

１は時間差のある二つの染料拡散状況を示す画像データ
から差分演算を行い、染料汚染領域のみの画像データを
抽出し、この画像データから濃淡を１２段階の濃淡レベ
ルに分割するカラービデオサブトラクション装置で、こ
こで分割された１絵素１２レベルのデータは、制御部２
で１絵素１２レベルを４ビツトの符号に変換し、紙テー
プパンチャ（以下ＦＴＰ）３でサブトラクションした１
画面分のデータを出力するとともに、カラーモニタ４に
色表示する。

ＰｒＦ３から出力された紙テープ出力は紙テープリーダ
（以下ＰＴＲという）５から中央処理装置（以下ＣＰＵ
）６を介して、磁気ディスク記憶装置９にファイルされ
、このファイルデータを基にＣＰＵ６で２次元のスムー
ズイング、等染料濃度曲線の抽出などの処理をした後、
自動製図機１０を制御する言語に変換されたデータは、
磁気テープ８（以下ＭＴ）に再ファイルされ、順次ＭＴ
８からデータを読み出しながら自動製図機１０に等濃度
曲線を描かせる。

７はＣＰＵ６に各種パラメータを入力するためのデータ
タイプライタ（以下ＤＴＹ）である。

以下それぞれの構成、動作を詳細に述べる。

本発明の装置における染料濃度分布の解析に際し、まず
染料濃度以外の情報を取り除くために、染料水を水理模
型に流入する前に拡散実験を行う範囲の写真を一枚撮影
しておく。

このとき、染料濃度レベルから染料濃度を定量化するた
めに、写真フィルム上にグレースケールを撮影しておく
必要がある。

グレースケールとしては染料濃度をあらかじめ測定しで
ある染料水を１０種類程度使用する。

これら標準染料水を容器に入れて撮影する場合に、容器
の底の影響を取り除くために、染料の拡散が開始される
前の写真撮影をするときにグレースケールに用いるため
の標準染料水を入れる空の容器を並べておいて撮影する
。

最初の撮影をする場合のカメラの撮影条件と以後拡散が
広がった場合の撮影条件は同一条件とする。

最初の撮影が終了すると染料濃度を予め測定した染料水
を濃度の淡いものから濃いものへと順次一定量ずつグレ
ースケール用の容器に入れ、拡散状況を連続的に順次撮
影する。

染料拡散前のフィルムと拡散が広がっていったときのフ
ィルムをスライドプロジェクタにそれぞれ装てんし前述
の様な解析を始める。

第２図は第１図のカラービデオサブトラクション装置１
の系統図で、１’ｌ、１１’がそれぞれ染料拡散前のフ
ィルムと染料拡散後のフィルムである。

スライドプロジェクタ１２，１２’で被写体フィルム１
１ 、１１’を照明し、テレビ（ＴＶ）カメラ１３ 、
１３’で光学像を電気信号に変換し、（なおこれらは、
染料拡散の状況をビデオテープレコーダ（以下ＶＴＲ）
と１フレームメモリに録画しておき、任意の２画像を出
力するようにしてもよい。

）０．２〜０．３ Ｖｐｐに増幅および低減、高域の周
波数補償したのち７５Ωの出力インピーダンスでビデオ
アンプ１４，１４’に送り、ゲイン調整、アパーチャ補
償および片チャンネルのみネガポジ反転し、ビデオミッ
クス回路１５で合成し、差分演算を行ない、クランプブ
ランキングミックスした後、シェーディング補正回路１
６で照明むらを電気的に補正する。

次にフィルタ１７で映像信号の高域ノイズ分を除去し、
ログアンプ１８でカメラ系の非直線性を補正する。

クランプ・マスキング回路１９ではクランプ信号および
画面の取込み領域を決めるマスキングの信号を発生する
。

次に１１個の比較器２０でこの映像信号を１絵素ごと１
２段階の濃度レベル信号に変換し、ＲＧＢアンプ２１で
３原色のマトリックス合成を行ない。

カラーモニタ４に色表示するとともに、バッファ２２で
インピーダンス変換し、制御部２（第１図）へ出力する
。

第３図は制御部２（第１図）の系統図で、ラッチエンコ
ーダ２３で前述のカラービデオサブトラクション装置１
からの１２レベルに変換されたデータを４ビツトに符号
変換し、ＰｒＦ３で紙テープ出力する。

この１２レベルのテ゛−夕を４ビツトの符号に変換する
ラッチエンコーダ２３の構成を第４図に示す。

１１個の比較器２０（第２図）で１２レベルに変換され
た１絵素ごとの映像信号（■１〜Ｖ１２のうちの１つの
レベルに変換される）が順次ラッチ回路ａ１〜ａ３にタ
イミング信号ＳＷＩで保持され、優先回路すで隣接する
色データの関係でこのレベル信号が同時に入ってきた場
合（たとえばｖ３とＶ４）上位色のレベル信号に強制的
にくりあげ、ゲートｃ１〜ｃ４で４ビツトの符号に変換
し、マスキング等の無信号はマスキング検出回路ｄで”
１１１１ ”符号に変換し、ラッチ回路ｅ１あるいはｅ
２にラッチし、タイミング信号ＳＷ２ 、ＳＷ３でこの
４ビット符号化信号を第３図ＰＴＰ３に出力する。

ここでラッチ回路が２個あるのは２絵素８ビツトを１キ
ヤラクタにして紙テープに出力するためである。

第３図２４は同期信号発生回路で、カラービデオサブト
ラクション装置１のカメラ１３ 、１３’（第２図）を
外部同期で動作させるための水平駆動信号、垂直駆動信
号、ブランキング信号、同期信号（ＳＹＮＣ）を発生す
る。

２５はスタート制御回路で、垂直駆動信号と同期してラ
ッチエンコーダ２３に前述のデータを最初から取り込む
信号を発生し、２６はラッチエンコーダ２３でデータを
ラッチするタイミングを制御する回路で、画面上の指定
されたポイントに走査がきたときゲートヲ開り。

２７はスケールミックス回路で画面上のどのエリアをラ
ッチエンコーダ２３に入力するかをモニタ４（第２図）
上に表示する信号を発生させるものである。

上記の如くして、１画面を縦２１６絵素×横２８８絵素
−６２，２０８絵素に分解し、１絵素４ビツトの信号で
紙テープに出力する。

この出力データの一画面の配置図を第５図に示す。

本テープデータに基き自動製図機１０（第１図）に染料
濃度分布を作画させる自動作画システム部について以下
に説明する。

第６図は染料濃度分布作画システムの構成図で、まず第
１ステツプとして紙テープリーダ５から前述のデータが
入力されＣＰＵ６にて、データの列、行にフォーマット
エラーがないことをチェックし、もう一度紙テープリー
ダ５からリードし磁気ディスク９にファイルする。

次に第７図にフローチャートを示す如く、スムーズイン
グ作画処理を行う。

コンソール処理では作画日付、図面の大きさ、作画原点
、作画文字の大きさ、文字作画のピッチなどのパラメー
タをＤＴＹ７よりキーインし以下に述べる２次元のフィ
ルタリングを行いノイズ分を除去し、濃度境界を抽出し
ＭＴ８に処理データを出力する。

以下スムーズイング処理について説明する。

染料の拡散は連続的であることから、まずデータ内のノ
イズ分などによる特異なものを平均化するため、前処理
としてスムーズイング処理を行う。

以下このスムーズイング処理のプログラムについて述べ
る。

ａ）第５図に示す１画面の各−絵素データの隣接する４
データに着目し、この４データが同一の場合には４デー
タはそのまま決定される。

つまり第５図において８１，１番地に（８１，１）のデ
ータがファイルされている。

一画面の番地は縦Ｓ１，１〜５２１６ ｊ １、横Ｓ１
，１〜Ｓ１，２８８の２１６×２８８あり、各番地のデ
ータ、例えば（Ｓ、Ｕ５）−００１０”というように０
００１〜１１００の１２レベルとマスキング信号の１１
１１”の１３種類ある。

着目する４データ（８１，１）〔Ｓｌ、２〕〔Ｓ２，１
〕〔Ｓ２，２〕において〔Ｓｌ、１〕−〔Ｓｌ、２〕＝
〔Ｓ２，１〕＝〔Ｓ２，２〕ならばＳｌ、１−〔Ｓｌ、
１〕、Ｓｌ、２−〔Ｓｌ、２〕。

Ｓ２２．＝〔Ｓ２，１〕、Ｓ２，２−〔Ｓ２，２〕 に
データを決定する。

次に（８２，１，１（Ｓ２，２ＸＳ３，１，１〔Ｓ３，
２〕、〔Ｓ３，１〕〔Ｓ３，２〕〔Ｓ４，１〕〔Ｓ４，
２〕・・・・・・・・・と２列について処理し、次に〔
Ｓｌ、２〕〔Ｓｏ、３〕〔Ｓ２，２〕〔Ｓ２，３〕・・
・・・・・・・〔Ｓｉ、Ｊ〕（Ｓｉ、ｊｘ１〕 （Ｓｉ
＋１．Ｊ）（８１＋ＬＪ＋１）・・・・・・・・・〔８
２□５，２８７〕〔５２１５，２８８〕〔５２１６，２
８７〕（８２１６＋２８８）という順序で１画面の処理
を行う。

未決定データに対してはｂ）の処理を行う。

ｂ）上記ａ）の処理において着目４データ中の１データ
が’ １１１１ ”で残り３データが同一データならば
データ゛’ １１１１ ”は他の同一データに置換して
決定する。

ａ） ｊ ｂ）の処理でも未決定のデータに対してはＣ
）の処理を行う。

Ｃ）未決定データの周囲８絵素に着目し、例えば第５図
において〔５ｉ−ｊ 〕が決定されていない場合は（Ｓ
ｌ ｔｔＪ ｔ）（Ｓｉ ｔ、ｊ、１（Ｓｉ−１
゜ｊｘ１）（Ｓｉ＋１．ｊｘ１，１（Ｓｉ＋１．ｊｘ）
（Ｓｉ＋ｕｊ）（Ｓｉ、ｊ〜１〕〔Ｓｉ、Ｊ＋１〕の８
データおよび（Ｓ ｉ ｊ 、ｌを含めて平均値を求め
る。

平均値〔Ｓｉ、Ｉ〕は で求まり〔Ｓｉ、Ｊ〕が８データ中の決定済みデータと
等しければ５ｉ）ｊのデータをそれに決定する。

決定されない場合は８データ中の決定済みデータ中に〔
Ｓｉ、ｊ〕−１が存在すれば、それに決定する。

さらに決定されない場合は８データ中の決定済みデータ
に（Ｓ ｉ 、 ｊ ）＋１が存在すればそれに決定す
る。

なおかつ決定されないデータについては次の処理を行う
。

ｄ）〔Ｓｉ、ｊ〕がａ） 、ｂ） 、ｃ）の処理でも決
定されなかった場合は下記に示す位置関係で優先順位を
もたせ置換する。

優先順位 置換データ （Ｓｉ １．Ｊ） （Ｓ ｊｘ１ ｔ Ｊ 、１ 〔Ｓｉ、ｊ−１〕 〔Ｓｉ、Ｊ＋１〕 （Ｓｉ １．Ｊ １〕 （Ｓ ｔ＋１ ｊ Ｊ １〕 （Ｓｉ １、Ｊ＋１〕 優先順位 置換データ （Ｓ ｊｘ１ ＞ Ｊ ＋１） 以上ａ）ｔｂＬｃＬｃｔ）の処理で全てのデータは決定
される。

次にスムーズイングされたデータより境界を抽出する。

ｅ）列に対する境界を抽出するために列方向に２データ
ずつ比較しながら 〔Ｓｌ、１〕〔Ｓ２，１〕〔Ｓ３，１〕〔Ｓ４，１〕・
・・・・・（Ｓ２□６，１〕〔Ｓ２，２〕〔Ｓ２，２〕
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・〔２１６，２〕〔８１，２８８〕〔８２，２８８〕・
・・・・・・・・・・・・・・・・・〔８２□６，２８
８〕の順にスキャンして境界を抽出する。

ｆ）行に対する境界に対しても同様に （Ｓｌ ｔ １〕（Ｓｔ 、２．Ｉ Ｃ８１，３）（８
１，４）・・・・・・Ｃ３ｌｔ ２８８ ）〔Ｓ２，１
〕〔Ｓ２，２〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・〔８２，２８８〕（Ｓ２１６ ｔ１
〕（Ｓ２□６，２〕・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（Ｓ２□６．２８８）の順に走査し境界のデータを
作成し、ＭＴ８（第６図）に出力する。

磁気ドラム８ＩにはＭＴ８に記録された作画情報を自動
製図機１０に作画させるための前述のような作画システ
ムプログラムが格納されている。

この作画システムプログラムをＣＰＵ６に転送し、ＭＴ
８の等濃度曲線情報をＣＰＵ６のインターフェイス６Ｉ
を介して遂次操作卓６■からの指令で自動製図機１０上
に作画させる。

第８図は作画システム部のブロック図である。

操作卓６■において作画スピードの設定、作画開始停止
のシーケンスコントロールを行い、作画開始指令を出す
と、ＭＴ８の作画情報はＭＴドライバ８■を介して順次
ＣＰＵ６に送られこの入力データ管理ブロック６、でＭ
Ｔ情報のパリティチェック、フォーマットチェック、入
力データのバッファを行う。

次に１ブロツク解析ルーチンブロツク６□でルーコード
ずつデータの解析を行う。

次に文字、直線発生ルーチンブロック６３で文字直線を
発生させ、またペンのＵＰ／ＤＯＷＮ処理ブロック６４
で自動製図機１０のペンのアップ／ダウン（ＵＰ／Ｉ）
ＯＷＮ ）を制御し出力データ管理ブロック６５でペン
の移動量データの作成、ペンのＵＰ／ＤＯＷＮの指令発
生及び出力データのバツフアを行い、インターフェイス
６■にてコマンドの解析、ペンの移動量、ペンのＵＰ／
ＤＯＷＮ指令の制御を行い、自動製図機駆動用のシーケ
ンス信号を発生させる。

第９図は自動製図機１０の平面図である。

自動製図機１０は２本の平行なＸレール２８とこれに直
角に配したＹレール２９を基準とし構成され、これらの
レール２Ｂ、２９土にＸカーソル３０、Ｙカーソル３１
が移動可能に架設され、またＸカーソル３０はＹレール
２９を支持し、Ｙカール３１には作画用のペンをセット
するタレットヘッド３２が取り付けられている。

Ｘ軸、Ｙ軸間時に２軸制御ができ、Ｘ軸は両軸で駆動さ
れる。

Ｘ、Ｙ軸ともトランジスタサーボ回路による直流サーボ
モータ３３により駆動される。

自動製図機１０の移動量はインターフェイス６１（第８
図）において２７１ｏｏｍｍが１パルスとなるよるよう
にパルス数に変換される。

第１０図に自動製図機１０の駆動部のブロック図を示す
。

インターフェイス６Ｉでパルス数に変換された移動量は
ジタル・アナログ（Ｄ／Ａ ）変換器３４でアナログ
信号に変換され、差動アンプ３５に入力され、ドライブ
アンプ３６を経てＤＣサーボモータ３３を駆動すること
により軸方向の移動を行う。

また移動量検出レゾルバ３７により移動量を検出し、こ
のレゾルバ出力を差動アンプ３５に入力し規定量だけ移
動すると差動アンプ３５の出力は零となりモータ３３の
回転は停止し、移動は完了する。

ここでタコジェネレータ３８によりペンの移動速度を制
御する。

以上の様な自動製図機１０の動作によりＭＴ８より与え
られる等濃度境界のデータで第１１図のようにＸ軸方向
、Ｙ軸方向の等濃度境界を描き、画面全域の処理を実行
する。

なお、第１１図に示す数字１，２，３は等濃度境界線内
の濃度レベルを示すものである。

以上本発明の染料の拡散状況の解析方法と装置について
説明したが、このまとめとして、これらの解析過程の出
力状況を第１２図にて図示する。

（ａ） 、（ｂ）は第２図のフィルム１１ 、１１’に
相当する画像データで、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）の画像
データの差分演算を行なったカラーサブトラクション装
置１の出力データに相当する。

（ｄ）はＰｒＦ３から出力される４ビット符号化された
紙テープ出力で、（ｅ）は自動製図機１０によって画か
れた汚染物拡散状況を示す汚染物等濃度曲線を示す出力
図である。

以上のように汚染物の拡散進行過程における任意の画像
データの差分をとることにより、海底のよごれや地上部
の地形などの情報がフィルタリングされ、濃度分布のデ
ータのみが抽出でき、この画像データ上に表われる濃度
を既知の染料水をグレースケールとして用いることによ
り濃度分布の定量化も可能となり、広範囲の拡散状況を
高精度で解析できるため従来の採水方式などに比べて、
多大の省力化がはかれ、解析の作業能率は格段に向上す
る。

また解析データは紙テープ、磁気テープなどの記憶媒体
に記憶させるので膨大な解析データを物理的に小さい空
間に保管することができ、汚染物等濃度曲線が自動製図
機で自動的に作画でき、等濃度境界を正確に把握でき、
いかなる時点においても種々の大きさに作画でき汚染物
の拡散速度を２次元的に正確に解析するのに本発明は都
合のよい方法ならびに装置である。

以上説明した如く本発明によれば、汚染の進行過程にお
ける任意の２画面の濃度差分を求めることにより、従来
の採水解析方式等よりもデータ収集の高速化、簡易化お
よび高精度化が計れ、等濃度分布も自動的に計算機で解
析作図し、拡散進行状況も２次元的に解析することも可
能であり、従来の方式ならび装置に比べ甚大なる効率の
向上省力化をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体の構成を示すブロック図、第２図
はカラービデオサブトラクション装置の構成を示すブロ
ック図、第３図は制御部の構成を示すブロック図、第４
図はラッチエンコーダの構成を示すブロック図、第５図
は紙テープ出力の一画面分を示す図、第６図は作画シス
テムを示す構成図、第１図はそのフローチャート、第８
図は作画システム部を示すブロック図、第９図は自動製
図機の平面図、第１０図はその駆動部の構成を示すブロ
ック図、第１１図はその作画出力を示す図、第１２図は
解析出力状況を示す図である。 １：カラービデオサブトラクション装置、２：制御部、
３：紙テープパンチャ、４：カラーモニタ、５：紙テー
プリーダ、６：中央処理装置、７：データタイプライタ
、８：磁気テープ、９：デイスク、 １０：自動製図機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 海洋、湖、河川、大気などにおける汚染領域を随時
   撮像し、この汚染の進行過程におけるある時間差をもつ
   二つの画像データの差分演算を行ない、汚染領域のみの
   濃度レベルデータを量子化し、必要に応じてこの量子化
   した各レベル信号を色付けし、カラー表示するとともに
   、該信号の１絵素毎の濃度レベルを計算機の記憶媒体に
   ファイルし、これを基にスムーズイング等の前処理を行
   ない、等濃度汚染曲線を抽出し、自動製図装置等で上記
   汚染濃度分布を自動的に作画させることを特徴とする汚
   染物拡散状況の解析方法。 ２ 汚染領域を随時撮影するカメラと、この撮影した映
   像を電気信号に変換する２台のテレビカメラと、該２台
   のテレビカメラの両出力信号の差をとり出す回路と、そ
   の回路の出力を量子化するアナログ・デジタルコンバー
   タと、その出力を必要に応じカラー表示するためのエン
   コーダとカラーモニタと、上記量子化された信号を記録
   するメモリと、該メモリに記憶されたデータを処理し、
   汚染濃度境界を抽出して作図機に図形表示させる処理装
   置よりなる汚染物拡散状況の解析装置。 ３ 汚染領域を随時撮像するテレビカメラと、その出力
   を記録するＶＴＲおよび１フレームメモリと該ＶＴＲと
   メモリの任意出力の差をとり出す回路と、その回路の出
   力を量子化するアナログ・デジタルコンバータと、必要
   に応じその出力をカラー表示するためのエンコーダとカ
   ラーモニタと上記量子化された信号を記録するメモリと
   、該メモリに記憶されたデータを処理し濃度境界を抽出
   して作図機に図形表示させる処理装置よりなる汚染物拡
   散状況の解析装置。