(57)【要約】【課題】リアルタイムな気象状況を、いくつかのステータスに分けることができ、簡便かつ的確に気象状況を把握することが可能な天空ステータス観測装置を提供する。【解決手段】本発明の天空ステータス観測装置１００は、光軸が鉛直方向と平行とされる魚眼レンズ１０８と、前記魚眼レンズを介して画像データを取得する撮像部１１０と、前記画像データのＲ成分及びＧ成分から第１指標を演算する第１指標演算部と、前記画像データの明るさから第２指標を演算する第２指標演算部と、前記画像データの２値化データから第３指標を演算する第３指標演算部と、前記第１指標と前記第２指標と前記第３指標と天空のステータスとの間の関係を規定するテーブルと、前記テーブルに基づいて決定されたステータスを出力する出力部と、を有することを特徴とする。【選択図】  図１
2015021882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸が鉛直方向と平行とされる魚眼レンズと、
前記魚眼レンズを介して画像データを取得する撮像部と、
前記画像データのＲ成分及びＧ成分から第１指標を演算する第１指標演算部と、
前記画像データの明るさから第２指標を演算する第２指標演算部と、
前記画像データの２値化データから第３指標を演算する第３指標演算部と、
前記第１指標と前記第２指標と前記第３指標と天空のステータスとの間の関係を規定するテーブルと、
前記テーブルに基づいて決定されたステータスを出力する出力部と、
を有することを特徴とする天空ステータス観測装置。
【請求項２】
前記魚眼レンズに入射する光を減光するフィルターが設けられることを特徴とする請求項１に記載の天空ステータス観測装置。
【請求項３】
撮像部に入射する光路に存在する水滴を吹き飛ばすエアー吹き出し装置を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の天空ステータス観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアルタイムな気象状況を簡便かつ的確に把握することを可能とする天空ステータス観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、発表される天気予報は、アメダス等の情報をもとに行われているが、地域性、リアルタイム性に欠けている。そこで、天候観測カメラで撮像した画像データを基に、天候を検出するシステムが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開２０１０−１２８７１１号公報）には、天候観測カメラで撮影された現在映像を入力する入力手段と、前記現在映像を時系列な複数の画像フレームとして記憶する記憶手段と、前記記憶手段から前記画像フレームを読み出して、当該画像フレームにおける各画素のＲＧＢカラー情報をＨＳＶカラーモデルに変換し、当該ＨＳＶカラーモデルを構成している色相成分、彩度成分、明度成分を複合的に用いて天候が悪化するに従って次第に高く又は低くなるような色彩値を検出する色彩値検出手段と、前記記憶手段から時間的に連続する２枚の前記画像フレームを読み出して、観測対象の領域に位置している各画素の時間的な輝度変動量を計算し、当該各画素の近傍に位置する複数の画素の前記輝度変動量を用いて高速フーリエ変換した後に逆フーリエ変換を施して各画素における低空間周波数成分での時間変動成分を求め、当該時間変動成分を適用した輝度変動条件と前記観測対象における速度の滑らかさ条件とを拘束条件として、オプティカルフロー法を用いて計算された速度ベクトルを前記観測対象の動きとして検出する動き検出手段と、検出された前記速度ベクトルを用いて、少なくとも発散度及び渦度に関する前記観測対象のテクスチャを検出するテクスチャ検出手段と、前記複数の画像フレームを用いて検出された前記色彩値と前記観測対象の動きと前記観測対象のテクスチャとを時系列に表示する表示手段と、を有することを特徴とする天候変化検出装置が開示されている。
【特許文献１】特開２０１０−１２８７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来のシステムにおいては、色彩値検出手段や動き検出手段、テクスチャ検出手段といった各手段により、複雑な情報処理を実行しなければならず、これに伴い、システム負荷が大きくなり、システムにコストをかけなければならず、リアルタイムな気象状況を簡便かつ的確に把握することができない、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記のような問題を解決するために、請求項１に係る発明は、光軸が鉛直方向と平行とされる魚眼レンズと、前記魚眼レンズを介して画像データを取得する撮像部と、前記画像データのＲ成分及びＧ成分から第１指標を演算する第１指標演算部と、前記画像データの明るさから第２指標を演算する第２指標演算部と、前記画像データの２値化データから第３指標を演算する第３指標演算部と、前記第１指標と前記第２指標と前記第３指標と天空のステータスとの間の関係を規定するテーブルと、前記テーブルに基づいて決定されたステータスを出力する出力部と、を有することを特徴とする天空ステータス観測装置である。
【０００６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の天空ステータス観測装置において、前記魚眼レンズに入射する光を減光するフィルターが設けられることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の天空ステータス観測装置において、撮像部に入射する光路に存在する水滴を吹き飛ばすエアー吹き出し装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る天空ステータス観測装置によれば、リアルタイムな気象状況を、いくつかのステータスに分けることができ、簡便かつ的確に気象状況を把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００の育成システムへの適用利を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００の観測処理のフローチャートを示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００で取得される画像データの一例を示す図である。
【図５】空色指標（ＳＩ）演算処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。
【図６】天明指標（ＢＩ）演算処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。
【図７】雲量指標（ＣＣ）演算処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。
【図８】各指標と天空ステータスとの間の関係を規定するテーブルである。
【図９】本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００からのステイタスデータを受信したパーソナルコンピューターにおける処理のフローチャートを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００を利用した給水量、照明光量の制御のフローチャートを示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００の太陽光発電システムへの適用例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００の概略構成を示す図である。
【００１１】
本発明に係る天空ステータス観測装置１００の防水機能を有するケース１０５には、撮像部１１０や主制御部１０１などが収容されている。
【００１２】
ケース１０５内には、光軸が鉛直方向と平行とされる魚眼レンズ１０８と、魚眼レンズ１０８を介して画像データを取得する撮像部１１０と、が収容されている。また、ケース１０５の天板には、減光フィルター１０７が設けられており、この減光フィルター１０７により、魚眼レンズ１０８に入射する光を減光する。
【００１３】
主制御部１０１は、マイクロコンピュータや記憶素子などの情報処理装置であり、接続されている撮像部１１０を制御する。
【００１４】
本発明に係る天空ステータス観測装置１００のエアー吹き出し装置１１９は、コンプレッサー１２０、管１２３、バルブ１２５、噴射ノズル１２７から構成されている。このエアー吹き出し装置１１９により、減光フィルター１０７に存在する水滴やゴミなどを吹き飛ばすことができるようになっている。
【００１５】
コンプレッサー１２０は、主制御部１０１からの指令に基づいてエアーを圧縮するともに、圧縮されたエアーを、管１２３を通してバルブ１２５側に供給する。また、バルブ１２５は主制御部１０１からの指令に基づいて、開閉を行う。バルブ１２５が開となると、噴射ノズル１２７から圧縮されたエアーが、減光フィルター１０７表面に吐出される。
【００１６】
上記のような天空ステータス観測装置１００によれば、鉛直上方の広角の画像データを取得し、主制御部１０１において、取得された画像データに基づいて、天空のステータスを解析して、種々のステータスデータを生成することが可能となる。このステータスデータについては、外部の装置に送信することができるようになっている。また、外部の装置から、主制御部１０１は制御信号を受信することで、外部の装置から、天空ステータス観測装置１００の制御を行うことができるようになっている。
【００１７】
次に、以上のように構成される天空ステータス観測装置１００の応用例について説明する。図２は本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００の育成システムへの適用利を説明する図である。
【００１８】
本実施形態において、育成システムは、植物Pを適切に育成するために用いるシステム
である。育成センサ２０の植物Pの育成状態の善し悪しを数値化することができるセンサ
であり、この出力はパーソナルコンピューター１０に入力され、パーソナルコンピューター１０のハードディスクなどの記憶装置に記憶される。
【００１９】
パーソナルコンピューター１０としては、例えば、ウインドウズ（登録商標）などのＯＳがインストールされた汎用のものを用いることができるが、パーソナルコンピューター１０に代えて、専用の情報処理ハードウエアを用いることもできる。
【００２０】
植物Pの栽培地の上方に設けられた照明装置３０は、その点灯、消灯の制御、及び点灯
時の照射光量の制御を、上記のパーソナルコンピューター１０からの制御指令に基づいて、行い得るようになっている。
【００２１】
給水装置４０は、植物Pの近傍に配され、給水孔を有する給水管４３と、この給水管４
３に水を供給する水量調整バルブ４１とから構成されており、水量調整バルブ４１はパーソナルコンピューター１０からの制御指令に基づいて、給水管４３に供給する水の量を調整することができるようになっている。
【００２２】
天空ステータス観測装置１００は、指標データをパーソナルコンピューター１０に送信することができるようになっている。また、天空ステータス観測装置１００によって、天空の画像データを取得するタイミングなどは、パーソナルコンピューター１０の制御信号から指定することができるようになっている。
【００２３】
以上のように構成される育成システムでの天空ステータス観測装置１００の観測処理について説明する。図３は本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００の観測処理のフローチャートを示す図である。
【００２４】
ステップＳ１００で、観測処理が開始されると、続く、ステップＳ１０１では、撮像部１１０によって、画像データを取得する。
【００２５】
図４は本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００で取得される画像データの一例を示す図である。
【００２６】
本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００によれば、魚眼レンズ１０８を
通して、天空の広い範囲の画像データを取得することできる。図４において、点線の囲み部は、画像データの一部を拡大して説明する図である。画像データは、ｍ＝１〜ｍmaxの
画素からなっており、それぞれの画素にはＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各値が割り振られることとなる。画像データがｎ階調（例えば、２５６階調）であるとき、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各値は、０〜２５５までの値をとる。
【００２７】
続く、ステップＳ１０２では、空色指標（ＳＩ）演算処理のサブルーチンが実行される。空色指標（ＳＩ）は、現在の天空の特徴のひとつを指数化したものである。なお、特許請求の範囲では、この空色指標（ＳＩ）を第１指標と称している。空色指標（ＳＩ）は、−１以上１以下の値を取る指標である。
【００２８】
図５は、空色指標（ＳＩ）演算処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。ステップＳ２００で、空色指標（ＳＩ）演算処理サブルーチンが開始されると、続いて、まず、ステップＳ２０１では、ｍに１がセットされる。
【００２９】
ステップＳ２０２では、画像データのｍ番目の画素のＲ値、Ｂ値を取得し、ステップＳ２０３で、ＳＩm＝（Ｂ−Ｒ）／（Ｂ＋Ｒ）を演算し、これを記憶しておく。
【００３０】
ステップＳ２０４では、ｍ＝ｍmax？であるか否かが判定される。すなわち、画像デー
タの全画素に対して、ＳＩmが算出されたか否かが判定される。ステップＳ２０４におけ
る判定がＮＯであると、ステップＳ２０６に進み、ｍを１インクリメントして、ステップＳ２０２をループする。
【００３１】
一方、ステップＳ２０４における判定がＹＥＳであると、ステップＳ２０５に進み、
【００３２】
【数１】
2015021882.tif 000003
によって、当該画像データの全体に対する空色指標（ＳＩ）を演算し、続く、ステップＳ２０７で、元のルーチンにリターンする。
【００３３】
メインルーチンのステップＳ１０３では、天明指標（ＢＩ）演算処理のサブルーチンが実行される。天明指標（ＢＩ）は、現在の天空の特徴のひとつを指数化したものである。なお、特許請求の範囲では、この天明指標（ＢＩ）を第２指標と称している。天明指標（ＢＩ）は、０以上１以下の値を取る指標である。
【００３４】
図６は、天明指標（ＢＩ）演算処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。ステップＳ３００で天明指標（ＢＩ）演算処理サブルーチンが開始されると、次のステップＳ３０１では、ｍに１がされる。
【００３５】
ステップＳ３０２では、画像データのｍ番目の画素のＲ値、Ｇ値、Ｂ値を取得し、続くステップＳ３０３で、ＢＩm＝（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）／３ｎを演算し、記憶しておく。
【００３６】
ステップＳ３０４では、ｍ＝ｍmax？であるか否かが判定される。すなわち、画像デー
タの全画素に対して、ＳＩmが算出されたか否かが判定される。ステップＳ３０４におけ
る判定がＮＯであると、ステップＳ３０６に進み、ｍを１インクリメントして、ステップＳ３０２をループする。
【００３７】
一方、ステップＳ３０４における判定がＹＥＳであると、ステップＳ３０５に進み、
【００３８】
【数２】
2015021882.tif 000004
によって、当該画像データの全体に対する天明指標（ＢＩ）を演算し、続く、ステップＳ３０７で、元のルーチンにリターンする。
【００３９】
メインルーチンのステップＳ１０４では、雲量指標（ＣＣ）演算処理のサブルーチンが実行される。雲量指標（ＣＣ）は、現在の天空の特徴のひとつを指数化したものである。なお、特許請求の範囲では、この雲量指標（ＣＣ）を第３指標と称している。雲量指標（ＣＣ）は、０以上１以下の値を取る指標である。
【００４０】
図７は、雲量指標（ＣＣ）演算処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。ステップＳ４００で、雲量指標（ＣＣ）演算処理サブルーチンが開始されると、続く、ステップＳ４０１では、ｍに１がセットされる。
【００４１】
次のステップＳ４０２では、画像データのｍ番目の画素のＲ値、Ｇ値、Ｂ値を取得し、ステップＳ４０３では、Ｒ＋Ｇ＋Ｂ＞Ｓを満たすか否かが判定される。ここで、Ｓは所定の閾値であり、ステップＳ４０３では、Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値の総和がＳより大きいかで、当該画素が閾値よりあかるいか否かを判定している。
【００４２】
ステップＳ４０３における判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４０４に進み、カウンタＣ１を１インクリメントする。
【００４３】
一方、ステップＳ４０３における判定がＮＯであるときには、ステップＳ４０５に進み、カウンタＣ２を１インクリメントする。
【００４４】
ステップＳ４０６では、ｍ＝ｍmax？であるか否かが判定される。すなわち、画像デー
タの全画素が処理されたか否かが判定される。ステップＳ４０６における判定がＮＯであると、ステップＳ４０８に進みｍを１インクリメントして、ステップＳ４０２に戻る。
【００４５】
一方、画像データの全画素が処理され、ステップＳ４０６における判定がＹＥＳであると、ステップＳ４０７に進み、下式によって雲量指標（ＣＣ）を演算する。
【００４６】
【数３】
2015021882.tif 000005
なお、Ｃ１＋Ｃ２＝ｍmaxである。ステップＳ４０９では、メインルーチンにリターン
する。
【００４７】
メインルーチンのステップＳ１０５では、テーブルを参照して、ステータスを決定する。図８は、ステップＳ１０５で用いられる各指標と天空ステータスとの間の関係を規定す
るテーブルである。なお、このようなテーブルは、主制御部１０１内の記憶素子（不図示）などに記憶させておくことができる。
【００４８】
例えば、空色指標（ＳＩ）が０．２以上であり、天明指標（ＢＩ）が０．４以上であり、雲量指標（ＣＣ）が０．１より小さいとき、当該テーブルを参照することで、天空のステータスは「第１ステータス」であるものと判定される。このステータスでは、空の色は濃青であり、天気は快晴であるものと推定される。
【００４９】
このような本発明に係る天空ステータス観測装置１００によれば、リアルタイムな気象状況を、いくつかのステータスに分けることができ、簡便かつ的確に気象状況を把握することが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態では、ステータスを１０に分類したものを示したが、本発明に係る天空ステータス観測装置１００においては、天空のステータスをいくつに分類するかは、任意である。
【００５１】
ステップＳ１０６においては、主制御部１０１から外部のパーソナルコンピューター１０に、ステップＳ１０５で得られたステータスデータを出力して、ステップＳ１０７で観測処理を終了する。
【００５２】
次に、上記のような天空ステータス観測装置１００から出力されるステータスデータの利用する方法について説明する。育成システムを構成するパーソナルコンピューター１０における処理について説明する。
【００５３】
図９は本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００からのステータスデータを受信したパーソナルコンピューターにおける処理のフローチャートを示す図である。この処理では、ステータスに応じた状況を、学習・記憶する処理である。
【００５４】
ステップＳ５００で、処理が開始されると、続くステップＳ５０１では、天空ステータス観測装置１００からステータスデータを受信し、ステップＳ５０２では、受信したステータスデータと、育成センサ２０の検出値、照明装置３０における照明光量、水量調整バルブ４１により調整された給水量を対応付けて、データベースとして記憶する。
【００５５】
ステップＳ５０３で処理を終了する。このようにパーソナルコンピューター１０のデータベースには、天空ステータス観測装置１００と育成センサ２０の検出値との関連性が学習されていく。
【００５６】
次に、以上のように学習されたデータベースに基づいて、照明装置３０、水量調整バルブ４１を制御する処理を説明する。図１０は本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００を利用した給水量、照明光量の制御のフローチャートを示す図である。
【００５７】
ステップＳ６００で、処理が開始されると、続くステップＳ６０１では、天空ステータス観測装置１００からステータスデータを受信する。ステップＳ６０２では、受信したステータスデータと、データベースとを参照して、最適な照明装置３０における照明光量、水量調整バルブ４１により調整された給水量を決定し、それに基づき、制御指令を発信し、ステップＳ６０３で制御を終了する。
【００５８】
以上のように、本発明に係る天空ステータス観測装置１００によれば、リアルタイムな気象状況を、いくつかのステータスに分けることができ、簡便かつ的確に気象状況を把握することが可能となる。また、天空ステータス観測装置１００から出力されるステータス
データは、育成システムなどで、植物Ｐの育成に役立てることができる。
【００５９】
次に、本発明に係る天空ステータス観測装置１００の太陽光発電システムへの適用例を説明する。
【００６０】
図１１は本発明の実施形態に係る天空ステータス観測装置１００の太陽光発電システムへの適用例を説明する図である。
【００６１】
本実施形態では、パーソナルコンピューター１０は、天空ステータス観測装置１００からのステータスデータと、太陽光パネル５０から出力される電力を計測する電力計５５の検出値と、を対応付けてデータベース化することで、太陽光パネル５０の効率と天空のステータスデータの関係とを学習する。
【００６２】
このような天空ステータス観測装置１００を用いて学習を行っている太陽光発電システムによれば、天空のステータスデータから、太陽光パネル５０の汚れ、破損、劣化状況などを推定することが可能となる。
【００６３】
以上、本発明に係る天空ステータス観測装置１００によれば、リアルタイムな気象状況を、いくつかのステータスに分けることができ、簡便かつ的確に気象状況を把握することが可能となる。
【符号の説明】
【００６４】
１０・・・パーソナルコンピューター（情報処理装置）
２０・・・育成センサ
３０・・・照明装置
４０・・・給水装置
４１・・・水量調整バルブ
４３・・・給水管
５０・・・太陽光パネル
５５・・・電力計
１００・・・天空ステータス観測装置
１０１・・・主制御部
１０５・・・ケース
１０７・・・減光フィルター
１０８・・・魚眼レンズ
１１０・・・撮像部
１１９・・・エアー吹き出し装置
１２０・・・コンプレッサー
１２３・・・管
１２５・・・バルブ
１２７・・・噴射ノズル
【図１】
2015021882.tif 000006
【図２】
2015021882.tif 000007
【図３】
2015021882.tif 000008
【図４】
2015021882.tif 000009
【図５】
2015021882.tif 000010
【図６】
2015021882.tif 000011
【図７】
2015021882.tif 000012
【図８】
2015021882.tif 000013
【図９】
2015021882.tif 000014
【図１０】
2015021882.tif 000015
【図１１】
2015021882.tif 000016