(57)【要約】【課題】  従来の越波検知装置では、越波以外の他の動きのある要因（車、人、自転車などの移動物体やその影、車のライトなど）が監視領域内に入ってしまうと誤検出するという課題があった。【解決手段】  本願発明の越波検知装置は、越波の監視を行う区域の映像を撮像する撮像部と、撮像部を制御する制御部と、撮像部からの画像データを記憶するフレームメモリと、画像データから波打ち際の波の輪郭形状を抽出する波輪郭形状抽出部と、波輪郭形状抽出部で抽出された波輪郭形状の変化をもとに越波の発生を判定する越波判定部とを備え手いる。これによって、越波の判定に直接関わる波打ち際の形状を検出でき、誤検出が少なく信頼度の高い越波装置を実現することができる。【選択図】  図１
2006052974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
越波の監視を行う区域の映像を撮像する撮像部と、この撮像部を制御する制御部と、前記撮像部からの画像データを記憶するフレームメモリと、前記画像データから波打ち際の波の輪郭形状を抽出する波輪郭形状抽出部と、この波輪郭形状抽出部で抽出された波輪郭形状の変化をもとに前記越波の発生を判定する越波判定部とを備えたことを特徴とする越波検知装置。
【請求項２】
波輪郭形状抽出部は、予め設定された点列データをエネルギー最小化に基づいて移動させることで波輪郭形状を抽出することを特徴とする請求項１記載の越波検知装置。
【請求項３】
越波判定部は、画像データ上に仮想的に設定された判定基準線分と波輪郭形状抽出部で抽出された波輪郭形状との位置状態に基づいて越波の発生を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の越波検知装置。
【請求項４】
越波判定部は、所定時間における波の輪郭形状の変化量を用いて越波の発生を判定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の越波検知装置。
【請求項５】
画像データ上に仮想的に設定された予測基準線分と波輪郭形状抽出部で抽出された波輪郭形状との位置状態に基づいて越波の発生を予測する越波発生予測を備え、越波判定部は、前記越波発生予測部が予測した越波をもとに前記越波の発生を判定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の越波検知装置。
【請求項６】
越波発生予測部は、所定時間における波の輪郭形状の変化量を用いて越波の発生を予測することを特徴とする請求項５記載の越波検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＴＶカメラの映像を画像処理して、越波を検知する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の越波検知装置では、予め画像内にいくつかの監視領域を設定し、この監視領域における動きを検出することによって越波を判定している。動き検出方法は、時間的に前後に撮像して得られる２つの画像信号の差分を表わす濃度相対差の和を、計測範囲の総画素数で除算して濃度相対差の平均を求め、これが限界値をこえる場合に動きがあると判定する。限界値は、順次連続して求められるＮ個の濃度相対差の平均M(i)の総和をＮで除して求まる平均値に補正係数ｋ（ｋ＞１）を乗算して求めている。さらに、濃度相対差の平均が限界値を越えたときにトリガ信号を発生させ、このトリガ信号が発生されたときは、予め決めた回数に亘って濃度相対差の平均を限界値と比較し、限界値を越える回数が所定の回数以上となるときに動きがあると判定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６７５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような越波検知装置にあっては、越波以外の、他の動きのある要因（車、人、自転車などの移動物体やその影、車のライトなど）が監視領域内に入ってしまうと誤検出するという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、誤検出が少なく信頼度の高い越波装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
越波の監視を行う区域の映像を撮像する撮像部と、この撮像部を制御する制御部と、撮像部からの画像データを記憶するフレームメモリと、画像データから波打ち際の波の輪郭形状を抽出する波輪郭形状抽出部と、波輪郭形状抽出部で抽出された波輪郭形状の変化をもとに越波の発生を判定する越波判定部とを備えた越波検知装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明の越波検知装置は、越波の監視を行う区域の映像を撮像する撮像部と、この撮像部を制御する制御部と、撮像部からの画像データを記憶するフレームメモリと、画像データから波打ち際の波の輪郭形状を抽出する波輪郭形状抽出部と、波輪郭形状抽出部で抽出された波輪郭形状の変化をもとに越波の発生を判定する越波判定部とを備えたので、越波の判定に直接関わる波打ち際の形状を検出でき、誤検出が少なく信頼度の高い越波装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による越波検知装置を示す構成図である。図において、越波検知装置１００は、撮像部１、撮像制御部２、フレームメモリ３、初期点列データ設定部４、点列データ移動部５、エネルギー算出部６、エネルギー最小位置決定部７、波位置算出部８、波位置記憶部９、波変位量算出部１０、波進行方向決定部１１、判定基準線分設定部１２、越波判定部１３および越波情報通報部１４で構成されている。また、点列データ移動部５、エネルギー算出部６およびエネルギー最小位置決定部７で波輪郭形状抽出部１５が構成されている。
【０００９】
なお、全ての図を通じて図において、矢印が示されている場合には、少なくともその方向にデータなどの情報が送られていることを意味している。また、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００１０】
また、図２は、この発明の実施の形態１による越波検知装置の利用形態に関する説明図である。本実施の形態の越波検知装置１００は、図２に示すように撮像部１を海岸線付近に設置し、防波堤等を越えて侵入してくる波すなわち越波を監視する。
【００１１】
撮像部１は、例えばＣＣＤカメラ等からなる撮像部で、撮像制御部２からの制御に従って所定のフレーム間隔で映像を撮影するものである。撮像制御部２は、撮像部１およびフレームメモリ３の制御を行うための制御部である。フレームメモリ３は、撮像部１の映像信号に基づくデジタルデータを１フレーム分蓄積するためのメモリである。
【００１２】
初期点列データ設定部４は、後述する波の輪郭を複数の点列データを結ぶ線分として抽出する際の初期値として予め手動にて設定しておくための入力手段で、画面上で波を検知する範囲の開始位置に複数の点列データを与えることで仮想的に設定する。このとき初期点列データ設定部４の出力値として、点列データの画面座標が記憶される。
【００１３】
点列データ移動部５は、初期点列データ設定部４で設定された点列データの各点を点の現在位置に対して点の周囲の方向のうち予め設定した複数の方向から１つを選択して所定の移動量だけ移動させる。
【００１４】
エネルギー算出部６は、点列データ移動部５で設定された点列位置に対して、予め設定されたエネルギー算出式に従って、移動後の点列位置におけるエネルギーを算出する。エネルギー最小位置決定部７は、今回の移動におけるエネルギーと、前回までの移動状態におけるエネルギーの最小値とを比較し、今回の移動におけるエネルギーの方が小さい場合には、今回のエネルギー量と点列データの位置を記憶する。逆に、今回の移動におけるエネルギーの方が大きい場合は何もしない。波輪郭形状抽出部１５は、点列データ移動部５、エネルギー算出部６およびエネルギー最小位置決定部７で構成され、すべての移動パターンの中で、最もエネルギーが小さい場合の移動パターンを新たな点列データとして、上記の点列データ移動部５、エネルギー算出部６およびエネルギー最小位置決定部７における処理を繰り返す。点列の移動がなかった場合すなわちエネルギー量が変化しなくなった場合または所定の回数だけ処理を実行した場合に終了し、得られた点列データを結ぶ線分を波輪郭形状として抽出する。
【００１５】
波位置算出部８は、波輪郭形状に対する波位置を波輪郭形状を形成する点列の座標の平均を求めることによって算出する。また、波変位量算出部１０は、波位置と、波位置記憶部９で保持されている前フレームにおける波位置との差を求めることによって、波変位量を求める。さらに、波変位量を求めた後、波位置記憶部９の値は、最新の波位置に書き換えられる。
【００１６】
波進行方向決定部１１は、波変位量に基づき、３つの状態すなわち、海岸線へ向かう方向への移動あり、移動なし、海側に向かう方向への移動ありの状態のうち、いずれか１つを所定のしきい値をもとに決定して波方向とし、波方向の継続回数を記憶する。
【００１７】
判定基準線分設定部１２は、越波かどうかを判定するための判定基準線分を設定するもので、予め手動にて設定値が入力される。越波判定部１３は、波輪郭形状抽出部１５で得られた波輪郭形状と、判定基準線分設定部１２で設定された判定基準線分とを比較した値または波方向の継続回数をもとに越波を判定する。また、その判定結果は、越波情報通報部１４に送信され、越波情報通報部１４によって監視者への通報または周辺部に存在する人物などへ通報が実施される。
【００１８】
なお、上記初期線分設定部４〜越波判定部１３の構成はコンピュータで実現され、各機能部は、それぞれの機能に対応したソフトウェアと、これを実行するためのＣＰＵやメモリ等のハードウェアとから構成されている。あるいは、各機能部はそれぞれ専用のハードウェアで構成されている。
【００１９】
次に、このように構成された越波検知装置１００の動作について説明する。図３は、本実施の形態の越波装置の動作を示すフローチャートである。
【００２０】
まず、撮像部１によって越波検知の監視区域を撮影した２次元の画像信号がフレームメモリ３に入力される（ステップＳＴ１）。図４は、撮像部１で撮像された画像の一例で、このような画像を画像処理して、越波発生の有無を判定する。なお、以後の説明において、画像の横軸をＸ座標、縦軸をＹ座標とする。
【００２１】
初期点列データ設定部４は、波の輪郭を抽出するのに使用する複数の点列データ（x(i)、y(i)）の初期値を画面上で波を検知する範囲の適当な開始位置に与えることで仮想的に設定する（ステップＳＴ２）。図５に初期点列データ５０の設定例を示す。なお、この初期点列データ５０は、画像が更新される度に設定される。これらの初期点列データ５０は、隣り合う点と連結することで１つの線分を形成する。各点列を線分としての性状を保ちながら、波打ち際の境界線に張り付くように移動させることで、波輪郭形状を線分として抽出する。図６は波輪郭形状６０の抽出結果を示したものである。
【００２２】
次に、上記の点列データの移動に関して説明する。点列データ移動部５は、初期点列データ設定部４で設定された点列データの各点を、点の現在位置と点の周囲の方向のうちの所定の方向に所定の移動量だけ移動させる機能をもち、複数の移動状態から１つを選択して移動させる（ステップＳＴ３）。図７に点列の移動状態の一例を示す。移動前の点列線分７０から移動後の点列線分７１に変わる。図７で示すように、本実施例においては、移動方向は、Ｘの正の方向、Ｘの負の方向（移動量７２）および静止の３つの状態に限って説明する。
【００２３】
エネルギー算出部６は、点列データ移動部５で設定された移動後の点列位置に対して、エネルギーを算出する（ステップＳＴ４）。このときのエネルギーE(i)は、以下の式を用いて算出する。
【００２４】
【数１】
2006052974.tif 000003
【００２５】
【数２】
2006052974.tif 000004
【００２６】
ここで、nは点列の個数を表し、hは移動量を表す。またvi = (xi,yi)である。Eint(i)は、線分のなめらかさと線分の収縮に関するエネルギーを表す。Eimage(i)は、エッジ、頂点等の画像特徴に関するものを表すが、ここでは画像の強度差に関するエネルギーを表すものとする。また、Econは、画面上のある点に固定させるなどの外部からの拘束力を表すが、ここでは、波が海岸線へ向かう方向への拘束力を表すものとする。αi、βi、Wimage、Wconは、重み係数で予め設定しておく。
【００２７】
エネルギー最小位置決定部７は、今回の移動におけるエネルギーと、前回までの移動状態におけるエネルギーの最小値とを比較し（ステップＳＴ５）、今回の移動におけるエネルギーの方が小さい場合には、今回のエネルギー量と点列データの位置を記憶する。逆に、今回の移動におけるエネルギーの方が大きい場合は何もしない（ステップＳＴ６）。
【００２８】
波輪郭形状抽出部１５は、ステップＳＴ３〜ＳＴ７を行い、すべての移動パターンの中で、最もエネルギーが小さい場合の移動パターンを新たな点列データの位置として設定し（ステップＳＴ８）、再びステップＳＴ３〜ＳＴ７の処理を繰り返す。また、列の移動がなかった場合すなわちエネルギー量が変化しなくなった場合もしくは所定の回数だけ処理を実行した場合に終了し、得られた点列データを結ぶ線分を波輪郭形状として抽出する（ステップＳＴ９）。
【００２９】
なお、本実施例のように、点列に対してエネルギー算出式に基づいてエネルギーを算出し、エネルギーの最小化により動的輪郭を抽出する手法は、スネークス（Ｓｎａｋｅｓ）と呼ばれる手法（例えば、Micheal Kass, Andrew Witkin, and Demetri Terzopoulos, "Snakes: Active Contour Models", International Journal of Computer Vision, Vol. 1, No. 3, pp.321-331, 1988）を適用したものである。Ｓｎａｋｅｓは、通常は閉じた輪郭を求める場合に使用されるが、本実施例では、開いた輪郭すなわち線分を求めるものとして適用している。Ｓｎａｋｅｓにより輪郭を求める際の解法として、変分法を使用する方式や動的計画法を用いる方式が提案されており、これらの解法を用いて、上記の波輪郭形状を求めてもよい。
【００３０】
波位置算出部８は、ステップＳＴ９で得られた波輪郭形状６０に対する波位置を、波輪郭形状を形成する点列のＸ座標の平均を求めることによって算出する（ステップＳＴ１０）。また、現フレームの波位置と、波位置記憶部９で保持されている前フレームにおける波位置との差すなわち波変位量を波変位量算出部１０で求めた後（ステップＳＴ１１）、波位置記憶部９により最新の波位置に更新する（ステップＳＴ１２）。
【００３１】
波進行方向決定部１１は、波変位量に基づき、所定のしきい値をもとに、３つの状態すなわち、海岸線へ向かう方向への移動あり、移動なし、海側に向かう方向への移動ありのの状態のうちいずれか１つを決定して波方向として、波方向の継続回数を記憶する。このとき、前回の波方向と一致する場合は、継続回数を前回の値に１を加えて記憶し、一致しない場合は、継続回数を１として記憶する（ステップＳＴ１３）。
【００３２】
越波判定部１３は、判定基準線分設定部１２で予め設定された判定基準線分をもとに越波の発生の有無を判定する。図８に越波判定の説明図を示す。図８に示されるように、波輪郭形状６０と、判定基準線分８０との差分を求め（ステップＳＴ１４）、判定基準線分８０を波輪郭形状６０が海岸線側に越えた量の面積８１が所定のしきい値以上である場合に越波ありと判定する（ステップＳＴ１５）。このとき、波の進行方向が海岸線に向かう方向である状態が所定しきい値以上連続しているか否かによって、上記の越波判定結果の出力を制御する。すなわち、波が海岸線に向かっている場合は、越波と判定し、逆の場合は、ノイズと判定する（ステップＳＴ１６）。なお、ノイズの影響がない場合は、ステップＳＴ１６の判定を省略してもよい。
【００３３】
最後に、越波が検知された場合は、越波情報通報部１４によって、監視者への通報または周辺部に存在する人物などへ通報が実施される（ステップＳＴ１７）。１フレーム分の画像に対するこのような越波検知処理が終了すると、ステップＳＴ１に戻って、次のフレームに対する越波検知処理のため、上述した処理を繰り返す。
【００３４】
なお、上記実施の形態において、点列データ移動部５の移動状態は３つの場合で説明したが、４近傍と現在位置からなら５状態、８近傍と現在位置からなる９状態またはそれ以上のｎ近傍と現在位置からなる（ｎ＋１）状態であってもよい。
【００３５】
また、数１において、Eimage(i)は、画像の強度差に関するエネルギー、Econは、波が海岸線へ向かう方向への強制力としたが、エネルギーの設定は１つに決める必要はなく、波の状態に応じて、他のエネルギーを適当に設定してよい。
【００３６】
また、越波判定部１３による越波の判定において、判定条件として、判定基準線分８０を波輪郭形状６０が海岸線側に越えた量の面積８１としたが、判定基準線分８０を越えた点列の中で、判定基準線分８０との距離が最も長い点の距離、判定基準線分８０を越えた部分のＹ方向の長さなどを判定条件に使用してもよい。
【００３７】
また、越波判定部１３による越波の判定において、実施例１においては、判定条件を満たした場合に直ちに越波検知としたが、所定回数以上、連続して判定条件を満たした場合に越波検知とするようにしてもよい。
【００３８】
また、１フレームの処理が終了した場合、所定の初期点列データを再設定して実施しているが、前フレームの最終位置から、実施することでもよい。この場合は、１フレームに対する処理を実行後、前フレームと同じ位置になった時に次のフレームにおいては初期点列データを設定する。
【００３９】
以上のように、実施の形態１によれば、波打ち際の波の輪郭形状を抽出する波輪郭形状抽出部と、前記波輪郭形状抽出部で抽出された波輪郭形状の変化状態をもとに越波の発生を判定する越波判定部を備え、越波の判定に直接関わる波打ち際の形状用いて判定するようにしたので、誤検出が少なく、信頼度の高い装置を実現できる。越波の監視を行う区域の映像を撮像する撮像部と、この撮像部を制御する制御部と、前記撮像部からの画像データを記憶するフレームメモリと、前記画像データから波打ち際の波の輪郭形状を抽出する波輪郭形状抽出部と、この波輪郭形状抽出部で抽出された波輪郭形状の変化をもとに前記越波の発生を判定する越波判定部とを備えているからである。
【００４０】
また、実施の形態１によれば、エネルギー最小化に基づいて、波の輪郭形状をもとめるようにしたので、波の輪郭形状を安定して求めることができることから、検知性能の高い装置を実現できる。
【００４１】
また、実施の形態１によれば、判定基準線分を設定し、越波判定部は、判定基準線分と波輪郭形状との位置状態に基づき越波の発生を判定するようにしたので、監視場所や監視レベルに応じて判定基準線分を変更することで、検知性能の高い装置を実現できる。波輪郭形状抽出部は、予め設定された点列データをエネルギー最小化に基づいて移動させることで波輪郭形状を抽出するからである。
【００４２】
また、実施の形態１によれば、波輪郭形状をもとに、海岸線に向かう方向の波の変位量を求める波変位量抽出部を備え、波変位量抽出部で得られた波の所定時間の変位量に基づいて判定部の判定結果の出力を制御する構成としたので、誤報の発生の少ない装置を実現できる。越波判定部は、画像データ上に仮想的に設定された判定基準線分と波輪郭形状抽出部で抽出された波輪郭形状との位置状態に基づいて越波の発生を判定するからである。
【００４３】
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２による越波検知装置１０１を示す構成図である。図９において、予測基準線分設定部１６は、波がある地点に到達したら、その後に越波となる可能性が高いと予測される場合に、この地点に予め手動にて判定基準線分８０と同様の予測基準線分を設定する。越波発生予測部１７は、波輪郭形状抽出部１５で得られた波輪郭形状と、予測基準線分設定部１６で設定された予測基準線分とを比較した値や波方向の継続回数をもとに越波の発生を予測する。また、その判定結果は、越波判定部１３に送信され、越波判定部１３は、越波発生の可能性があるとしてその情報を越波情報通報部１４へ送信し、越波情報通報１４より、監視者への通報または周辺部に存在する人物などへ、例えば越波注意報の通報が実施される。他の構成については、実施の形態１に同様である。
【００４４】
以上のように、実施の形態２によれば、越波の発生を予測する越波発生予測部を備えたので、越波判定部は、所定時間における波の輪郭形状の変化量を用いて越波の発生を判定することができ、越波の発生を予測することが可能となり、越波対策を早期に実施することが可能になる。
【００４５】
また、実施の形態２によれば、波輪郭形状をもとに、海岸線に向かう方向の波の変位量を求める波変位量抽出部を備え、波変位量抽出部で得られた波の所定時間の変位量に基づいて越波発生予測部の予測結果の出力を制御する構成としたので、越波発生予測部は、所定時間における波の輪郭形状の変化量を用いて越波の発生を予測することができ、誤報の発生の少ない装越波発生予測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施の形態１による越波検知装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による越波検知装置の利用形態に関する説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による越波検知装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による越波検知装置の撮像部で撮影された画像の一例を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による越波検知装置の初期点列データの設定の説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による越波検知装置の波輪郭形状の抽出結果を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による越波検知装置の点列の移動状態の一例を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１による越波検知装置の越波判定の説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２による越波検知装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  撮像部、２  撮像制御部、３  フレームメモリ、４  初期点列データ設定部、５  点列データ移動部、６  エネルギー算出部、７  エネルギー最小位置決定部、８  波位置算出部、９  波位置記憶部、１０  波変位量算出部、１１  波進行方向決定部、１２  判定基準線分設定部、１３  越波判定部、１４  越波情報通報部、１５  波輪郭形状抽出部、１６  予測基準線分設定部、１７  越波発生予測部、５０  初期点列データ、６０  波輪郭形状、７０  移動前の点列線分、７１  移動後の点列線分、７２  移動量、８０  判定基準線分、８１  海岸線側に越えた量の面積、１００  越波検知装置、１０１  越波検知装置。
【図１】
2006052974.tif 000005
【図２】
2006052974.tif 000006
【図３】
2006052974.tif 000007
【図４】
2006052974.tif 000008
【図５】
2006052974.tif 000009
【図６】
2006052974.tif 000010
【図７】
2006052974.tif 000011
【図８】
2006052974.tif 000012
【図９】
2006052974.tif 000013