(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象物を離れた位置から連続的に映像化する撮像装置と、この撮像装置による撮像箇所を任意の位置に変更するための位置調整手段と、この位置調整手段を制御して前記撮像装置を所定の位置に合わせる撮像装置制御手段と、前記撮像装置からの映像信号を処理して幾何学的な特徴を計測した画像に変換する画像処理手段と、正常時の映像を画像化してデータベースに保存する記憶装置と、前記画像処理手段により変換された画像と前記データベースに格納された画像とを比較し、これらの画像の差分量から映像の変化を評価する比較処理手段と、この比較処理手段による評価結果を画面上に表示する表示装置とを備え、前記画像処理手段は、前記撮像装置からの映像信号をディジタル画像に変換するアナログプロセッサと、このアナログプロセッサにより変換された画像を領域分割し、各領域における重心座標からの方向画素数を計測する演算ユニットと、この演算ユニットにおける計測処理で一時的にデータを保存するフレームメモリとを有することを特徴とする自動監視装置。
【請求項２】
前記比較処理手段は、通常時の映像を前記画像処理手段により変換してデータベースに保存する前記記憶装置と、監視時の変換画像および前記データベース画像を一時的に格納する前記フレームメモリと、画像間の特徴差を計算し、状態変化の有無を判断する前記演算ユニットおよびＣＰＵとを有することを特徴とする請求項１記載の自動監視装置。
【請求項３】
前記比較処理手段は、監視画像とデータベース画像の特徴差を計算するに際し、比較する領域を決定する手段に各領域の重心座標を用い、指定範囲内で最も近接した領域間で比較処理することを特徴とする請求項２記載の自動監視装置。
【請求項４】
前記比較処理手段は、監視画像とデータベース画像の特徴差を計算するに際し、比較する領域データの内、選択された領域の方向画素数を単位角度毎にずらして領域間の輝度差を計算し、得られた結果の最小値を特徴差として評価することを特徴とする請求項２記載の自動監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電所などにおいて監視対象物である各種機器の異常を自動的に監視する自動監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、発電所などにおいて人間の視覚による監視作業を、撮像機能を有した画像処理コンピュータに代替させることが試みられている。この試みは、特に放射線管理区域や非常時に危険性の高い区域について強い要望がある。一般的に画像処理により対象機器の状態を検知する場合には、通常時の画像を正常データとしてデータベースとし、このデータベースとの比較処理により状態を検知する手段が用いられる。このとき、入力される画像とデータベースの画像の処理範囲は、同一にする必要がある。
【０００３】
しかし、これらの画像が一箇所を対象とした固定の撮像装置から得られたものであれば撮像範囲に問題が生じないものの、複数箇所を一つの撮像装置により監視する場合には、その撮像装置に設けた旋回・俯仰機構の制御誤差などにより撮像範囲の位置ずれが生じ、比較が困難となる。
【０００４】
従来、このような問題を回避するための手段としては、画面内の基準位置を認識してずれ量を計算し、それを撮像系にフィードバックして位置を合せ、新たに画像を入力するなどの処理が行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術のように、前処理として画面のずれ量を計算して、撮像系を再度位置合せすることは、前処理に時聞を費やすだけでなく、そのための機能を追加しなければならないため、高速性および経済性の面から不利になる場合がある。
【０００６】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、映像ずれに対して補正機能を追加することなく、対象目的の状態検知が可能な自動監視装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１は、監視対象物を離れた位置から連続的に映像化する撮像装置と、この撮像装置による撮像箇所を任意の位置に変更するための位置調整手段と、この位置調整手段を制御して前記撮像装置を所定の位置に合わせる撮像装置制御手段と、前記撮像装置からの映像信号を処理して幾何学的な特徴を計測した画像に変換する画像処理手段と、正常時の映像を画像化してデータベースに保存する記憶装置と、前記画像処理手段により変換された画像と前記データベースに格納された画像とを比較し、これらの画像の差分量から映像の変化を評価する比較処理手段と、この比較処理手段による評価結果を画面上に表示する表示装置とを備え、前記画像処理手段が、前記撮像装置からの映像信号をディジタル画像に変換するアナログプロセッサと、このアナログプロセッサにより変換された画像を領域分割し、各領域における重心座標からの方向画素数を計測する演算ユニットと、この演算ユニットにおける計測処理で一時的にデータを保存するフレームメモリとを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２は、請求項１記載の比較処理手段が、通常時の映像を前記画像処理手段により変換してデータベースに保存する前記記憶装置と、監視時の変換画像および前記データベース画像を一時的に格納する前記フレームメモリと、画像間の特徴差を計算し、状態変化の有無を判断する前記演算ユニットおよびＣＰＵとを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３は、請求項２記載の比較処理手段が、監視画像とデータベース画像の特徴差を計算するに際し、比較する領域を決定する手段に各領域の重心座標を用い、指定範囲内で最も近接した領域間で比較処理することを特徴とする。
【００１１】
請求項４は、請求項２記載の比較処理手段が、監視画像とデータベース画像の特徴差を計算するに際し、比較する領域データの内、選択された領域の方向画素数を単位角度毎にずらして領域間の輝度差を計算し、得られた結果の最小値を特徴差として評価することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る自動監視装置の一実施形態を示すブロック図、図２は図１の実施形態のハードウェアの構成を示すブロック図である。
【００１４】
図２に示すように、自動監視装置は監視対象物を離れた位置から連続的に映像化する撮像装置１を有し、この撮像装置１は、位置調整手段としての旋回・俯仰機構２に取り付けられおり、この旋回・俯仰機構２は演算プロセッサ３から送信される３次元位置情報によって撮像装置１の撮像範囲を決定する。これら撮像装置１と旋回・俯仰機構２は、その主要な構成要素が監視対象物を撮影できる場所に設置され、これら以外の構成要素は監視室などに設置されて遠隔で制御可能とする。
【００１５】
撮像装置１の出力はアナログプロセッサ４に送出され、このアナログプロセッサ４では撮像装置１から得られた映像信号を標本・量子化して８ビットのディジタル画像に変換する。このアナログプロセッサ４と、このアナログプロセッサ４により変換されたディジタル画像を領域分割し、重心座標からの方向画素数を計測する演算ユニット５と、この演算ユニット５による計測処理や比較処理の結果を一時的に格納するフレームメモリ６とが画像バス１０により接続されている。
【００１６】
また、アナログプロセッサ４と、演算ユニット５と、フレームメモリ６と、対象物の３次元位置を送信し画像処理開始命令を出力するとともに、画像間の特徴差を計算し、状態変化の有無を判断する演算プロセッサ３と、全体的な制御を実行するＣＰＵ７と、比較される正常時データとして変換画像をデータベースに保存しておく記憶装置８と、正常時データと比較処理後の結果を表示する表示装置９とがシステムバス１１により接続されている。
【００１７】
次に、図１は図２に示した実施形態を機能ブロックで表したものであり、図中、図２と同一の構成要素は同一の符号を付して説明する。自動監視装置は、処理の開始命令と対象物の３次元位置を送信して撮像装置１を制御する撮像装置制御手段１３と、受信した座標位置に向けて旋回および俯仰し、撮像装置１の撮像範囲を決定する旋回・俯仰機構２と、監視対象物の映像を離れた位置から連続的に出力する撮像装置１と、この撮像装置１の映像信号を処理して幾何学的な特徴を計測した画像に変換する画像処理手段１４と、正常時データをデータベースに保存しておく記憶装置８と、点検時の変換画像と記憶装置８に保存されているデータベースの画像とを比較し、これらの画像の差分量から映像の変化を評価する比較処理手段１５と、この比較処理手段１５による処理結果を画面上に表示する表示装置９とから構成されている。
【００１８】
したがって、画像処理手段１４は、撮像装置１からの映像信号をディジタル画像に変換するアナログプロセッサ４と、このアナログプロセッサ４により変換された画像を領域分割し、各領域における重心座標からの方向画素数を計測する演算ユニット５と、この演算ユニット５における計測処理で一時的にデータを保存するフレームメモリ６とから構成されている。
【００１９】
また、比較処理手段１５は、通常時の映像を画像処理手段１４により変換してデータベースに保存する記憶装置８と、監視時の変換画像および前記データベース画像を一時的に格納するフレームメモリ６と、画像間の特徴差を計算し、状態変化の有無を判断する演算ユニット５およびＣＰＵ７とから構成されている。
【００２０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２１】
特定の対象物について点検監視が要求されると、旋回・俯仰機構２は、与えられた３次元座標に基づいて撮像装置１を対象物に向ける。次に、画像処理手段１４は、撮像装置１で得られた映像信号を取り込み、アナログプロセッサ４により８ビットの画像に変換する。この８ビットに変換された画像は、演算ユニット５により任意のしきい値で領域分割され、領域ごとに重心座標からの方向画素数を計測する。この計測した値は８ビットで正規化され、フレームメモリ６に順次格納する。演算ユニット５で設定した全てのしきい値に対して計測処理を実行し、フレームメモリ６に画像を保存する。
【００２２】
次いで、比較処理手段１５は、上述の画像処理手段１４により変換された画像と記憶装置８に保存されているデータベースの画像とを比較する。この比較するデータベースは、対象物の正常時の画像を上述の画像処理手段１４により変換し、予め構築しておく必要がある。比較処理は、先ず、監視画像と一枚のデータベース画像をフレームメモリ６に格納する。次に、監視画像のある領域と同じしきい値で計測された領域をデータベース画像から抽出し、両者の重心座標が指定範囲内で最も近接する領域を選択する。
【００２３】
そして、決定した一方の領域の方向画素数を単位角度毎にずらして輝度差を計算し、最小値を領域間の特徴差とする。この計算を画像の全領域について行い、差分の総和値をデータベースの番号と関連づけて保存しておく。この処理をデータベースの全画像について行い、差分の総和値の大きさによって状態変化の有無を検出する。この処理結果を表示装置９に表示することにより、機器の異常を検知することが可能となる。
【００２４】
また、本実施形態の動作を、図１，図３および図４を参照してさらに詳しく説明する。
【００２５】
まず、図１における撮像装置制御手段１３は、旋回・俯仰機構２に３次元位置情報を送信し、撮像装置１の方向を点検する対象物の位置に合わせる。その後、撮像装置制御手段１３は、旋回・俯仰機構２から位置合わせ完了の信号を受信し、次いで、画像処理手段１４による画像変換処理を行う。この画像変換処理手順を図３のフローチャートに示す。
【００２６】
図３に示すように、ステップＰ１でスタートすると、撮像装置制御手段１３からの映像信号取り込み命令によりステップＰ２で、撮像装置１から映像信号を取り込み、アナログプロッサ４で８ビット、２５６階調のディジタル信号に変換し、フレームメモリ（０）に格納する。このフレームメモリ（０）に格納されるデータを図５に示す。
【００２７】
次に、ステップＰ３で２値化による分割処理の回数を、予め設定しておいたデータテーブルから参照する。ステップＰ４で同じくデータテーブルから２値化しきい値を先頭から順に参照し、ステップＰ５で２値化処理を実行する。このステップＰ５において、輝度が０か１に２値化された画像について、ステップＰ６でその１の領域数をカウントし、ステップＰ７でそれぞれの領域に一意の番号を付ける。また、１の領域に０の領域が内在する場合には、この０の領域についても同様にカウントし、これらにも一意の番号を付けることにした。これにより、次に述べる計測処理で、内在する領域の情報が失われてしまうのを補うことができる。
【００２８】
ステップＰ７で与えられた番号の順に次のステップＰ８〜Ｐ１０までの処理が実行される。ステップＰ８では処理する領域の番号を選択し、ステップＰ９では図６に示すような計測処理を行う。すなわち、ステップＰ９では、まず選択された領域の重心座標を計測する。次いで、この重心座標から領域の外周画素までの画素数を、設定された角度方向について計測する。
【００２９】
この計測する角度の設定は、画像の特徴や計測の精度などにより任意の値になるが、本実施形態では０度から３６０度までの間を５度間隔で設定し、７２方向について計測した。計測結果はステップＰ１０で８ビットに正規化し、図７および図８に示すように２値化しきい値，重心座標，そして０度から３６０度の方向画素数の順に並べてフレームメモリ（１）に格納する。
【００３０】
Ρ１１で全領域について上述の計測処理を実行したかを判定し、まだ処理していない領域があればステップＰ８〜Ｐ１０までの処理を繰り返し、全ての領域について処理が終了すれば、ステップＰ１２に移る。
【００３１】
ステップＰ１２ではデータテーブルに設定した処理回数を終了していなければステップＰ４〜Ｐ１１までの処理を繰り返し、終了していればステップＰ１３に移り、フレームメモリ（１）の処理結果をディスクに格納して、次の比較処理手段１５に処理を移す。このように、重心から設定角度方向の外周画素までの画素数を特徴としているため、画像範囲内において相似な領域が上下左右にずれた場合にも、特徴量は同じとなる。また、回転方向にずれた場合にも、格納される特徴量の並びは同じであるため、比較処理時に格納位置をずらして比較することで、領域の対応が可能となる。
【００３２】
次に、比較処理手段１５における監視対象の状態を検知する処理のフローチャートを図４に示す。この処理は、データベース画像と監視時の画像とを比較し、その違いの大きさにより、状態変化の有無を判断するものである。このため、事前準備として上述の変換処理を用いて、通常運転時の監視対象の映像を画像化し、データベースにしておく必要がある。まず、ステップＰ１３でディスクに格納された変換画像を、ステップＰ１４でフレームメモリ（１）に読み込む。次に、ステップＰ１５〜Ｐ２５でデータベースの画像との比較処理を実行する。
【００３３】
すなわち、ステップＰ１５でデータベースの先頭から順に一枚の画像を、フレームメモリ（２）に読み込む。ステップＰ１６でフレームメモリ（１）の画像から、まず一つの領域データ（以下、Ａという。）について２値化しきい値を読み込む。次に、ステップＰ１７でフレームメモリ（２）の画像の中から、Ａと同じ２値化しきい値の領域データ（以下、Ｂ群という。）を検索する。このとき、同じ２値化しきい値の領域データがない場合、比較対象が存在しないものとしてステップＰ２１に進み、Ａの方向画素数の総和を計算し、ステップＰ２２でレジスタＣに記憶させる。
【００３４】
ステップＰ１７で同じ２値化しきい値の領域データが存在した場合、ステップＰ１８でＡの重心座標と、Ｂ群の重心座標とを比較し、Ａの重心座標に最も近接した重心座標の領域をＢ群の中から選択し、この領域を比較対象領域とする。次に、ステップΡ１９で選択条件として比較対象範囲を設定しておき、Ｂ群から選択された領域の重心座標が、Ａの重心座標からの指定範囲をはずれた場合は、比較対象が存在しないものとしてステップＰ２１に進み、Ａの方向画素数の総和を計算し、ステップＰ２２でレジスタＣに記憶させる。
【００３５】
ステップΡ１９で指定範囲内の比較対象が存在した場合は、ステップＰ２０でＡの方向画素数とＢ群から選択された領域の方向画素数を各画素毎に減算し、その絶対値を計算する。このとき、Ａの方向画素数の角度情報を単位角度ずつずらして領域間の輝度差を計算し、つまり減算および絶対値計算をし、全角度情報との計算が終了した時点で一番小さな値を計算結果とし、ステップΡ２２でレジスタＣに記憶させる。
【００３６】
これにより、撮像装置１からの信号が回転方向にずれていた場合においても、領域間で補正して比較することが可能になる。また、このように選択条件に比較対象の範囲を指定することで、撮像装置１からの映像信号が上下左右に位置ずれした場合においても、指定範囲内のずれであれば、領域間で比較することが可能となる。これらの処理により、機械的な制御誤差などによる映像ずれが処理に影響することを回避することができる。
【００３７】
このステップＰ１６〜Ｐ２３の処理を、フレームメモリ（１）の画像およびフレームメモリ（２）の画像の全領域について実行する。ステップＰ２３で全領域について処理が終了した場合は、ステップＰ２４でレジスタＣの値をデータベース番号と対応して、フレームメモリ（３）に格納する。ステップＰ２５で次のデータベースの存在を確認し、存在する場合はステップＰ１５に戻り、データベースから新たに画像を読み込み、存在しない場合はステップＰ２６で判定処理に移る。
【００３８】
このステップＰ２６では、フレームメモリ（３）に格納された全計算結果の中から、最も小さい値を抽出し、予め設定しておいた判定値とこの値を比較する。判定値よりも小さい場合はステップＰ２７に進み、データベースとの違いが少ないため正常と判定する。ステップＰ２６で判定値よりも大きい場合はステップＰ２８に進み、違いが多いため異常と判定する。この結果をステップＰ２９で表示装置９に表示して終了する（ステップＰ３０）。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、監視対象物を離れた位置から連続的に映像化する撮像装置と、この撮像装置による撮像箇所を任意の位置に変更するための位置調整手段と、この位置調整手段を制御して撮像装置を所定の位置に合わせる撮像装置制御手段と、撮像装置からの映像信号を処理して幾何学的な特徴を計測した画像に変換する画像処理手段と、正常時の映像を画像化してデータベースに保存する記憶装置と、画像処理手段により変換された画像とデータベースに格納された画像とを比較し、これらの画像の差分量から映像の変化を評価する比較処理手段と、この比較処理手段による評価結果を画面上に表示する表示装置とを備え、画像処理手段が、撮像装置からの映像信号をディジタル画像に変換するアナログプロセッサと、このアナログプロセッサにより変換された画像を領域分割し、各領域における重心座標からの方向画素数を計測する演算ユニットと、この演算ユニットにおける計測処理で一時的にデータを保存するフレームメモリとを有することにより、映像の位置ずれおよび回転ずれの影響を受けることなく比較照合できるため、機械的な制御誤差などによる映像ずれを事前に補正することなく、監視対象の状態変化を検出することができる。
【００４１】
請求項２によれば、請求項１記載の比較処理手段が、通常時の映像を画像処理手段により変換してデータベースに保存する記憶装置と、監視時の変換画像およびデータベース画像を一時的に格納するフレームメモリと、画像間の特徴差を計算し、状態変化の有無を判断する演算ユニットおよびＣＰＵとを有することにより、請求項１と同様の効果が得られる。
【００４２】
請求項３によれば、請求項２記載の比較処理手段が、監視画像とデータベース画像の特徴差を計算するに際し、比較する領域を決定する手段に各領域の重心座標を用い、指定範囲内で最も近接した領域間で比較処理することにより、請求項１と同様の効果が得られる。
【００４３】
請求項４によれば、請求項２記載の比較処理手段が、監視画像とデータベース画像の特徴差を計算するに際し、比較する領域データの内、選択された領域の方向画素数を単位角度毎にずらして領域間の輝度差を計算し、得られた結果の最小値を特徴差として評価することにより、請求項１と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動監視装置の一実施形態を示すブロック図。
【図２】図１の実施形態のハードウェアの構成を示すブロック図。
【図３】図１の画像処理手段による画像変換処理の手順を示すフローチャート。
【図４】図１の比較処理手段による監視対象の状態を検知する処理手順を示すフローチャート。
【図５】図２のフレームメモリに格納されるデータを示す説明図。
【図６】図１の画像処理手段により計測処理を示す説明図。
【図７】図１の画像処理手段により計測処理結果を示す図。
【図８】図２のフレームメモリに格納される別のデータを示す説明図。
【符号の説明】
１  撮像装置
２  旋回・俯仰機構（位置調整手段）
３  演算プロセッサ
４  アナログプロセッサ
５  演算ユニット
６  フレームメモリ
７  ＣＰＵ
８  記憶装置
９  表示装置
１０  画像バス
１１  システムバス
１３  撮像装置制御手段
１４  画像処理手段
１５  比較処理手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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