(57)【要約】【課題】津波を監視するための異常潮位変動を検知する技術であって、画像情報に映る津波の物理現象を統計処理または検定処理して海面変動の推定値を求める技術である。【解決手段】本発明による異常潮位変動検知装置は、潮位と連動して変動する物体または水平線の位置を検出し、この位置の変動が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する。【選択図】図１
2015069219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像中から、潮位と連動して変動する物体または水平線の位置を検出し、
この位置の変動が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する異常潮位変動検知装置。
【請求項２】
映像中から、潮位と連動して変動する物体の位置と水平線の位置を検出し、
物体と水平線の位置の変動のどちらか一方が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する異常潮位変動検知装置。
【請求項３】
映像中から、潮位と連動して変動する物体の位置と水平線の位置を検出し、
時刻に基づき物体と水平線の位置の変動のどちらか一方を用いて潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する異常潮位変動検知装置。
【請求項４】
潮汐や波浪とは異なる時間周期として、数分から数十分の範囲の潮位変動を検出することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の異常潮位変動検知装置。
【請求項５】
フレーム画像中の横エッジ情報に基づき水平線候補を検出する水平線候補検出手段と、
検出された水平線候補と記憶装置に記憶された過去エッジ高さとを比較し、水平線座標を取得する横エッジ高さ追跡手段と、
観測結果から予想される平常時の水平線の最大高さを超えるか否か判定する潮位高判定手段と、を備えることを特徴とする異常潮位変動検知装置。
【請求項６】
前記水平線候補検出手段は、フレーム画像に対してフィルタを用いて横エッジ抽出を実施し、現フレーム横エッジ強度画像を作成する横エッジ抽出手段と、
作成された現フレーム横エッジ強度画像から現フレームエッジ強度ヒストグラムを作成するエッジ強度ヒストグラム作成手段と、
記憶装置を参照し、作成された現フレームエッジ強度ヒストグラムを時間的に平滑化することで最新エッジ強度ヒストグラム作成するヒストグラム平滑化手段と、
最新エッジ強度ヒストグラムの中で最大強度を持つヒストグラムのビンを決定し、最新水平線候補座標を出力する最大強度位置取得手段と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の異常潮位変動検知装置。
【請求項７】
前記横エッジ高さ追跡手段は、最新水平線候補座標を受け取り、記憶装置を参照して記憶装置に過去横エッジ高さが記憶されていない場合は、最新水平線候補座標を水平線座標として出力し、記憶装置に過去横エッジ高さが記憶されている場合は、最新水平線候補座標と過去横エッジ高さの差を求め、差が急峻な変動とならないように設定された閾値以下であれば水平線候補座標を水平線座標として出力することを特徴とする請求項６に記載の異常潮位変動検知装置。
【請求項８】
前記潮位高判定手段は、取得した水平線座標が、記憶装置に記憶される平常時最大潮位より画像上で上になるか否かを判定し、異常潮位変動の発生有無を判定する平常時潮位判定手段と、
異常潮位変動が発生したと判定された場合に、異常潮位変動が発生していることを示す注意情報を出力するように指示を出すアラート判定手段と、
判定された潮位と、記憶装置に保存された水平線高履歴と時間履歴に基づき現在からＮ秒後における平常時最大潮位を予測し、Ｎ秒後の平常時最大潮位を保存する平常時最大潮位高推定手段と、を備えることを特徴とする請求項５から７の何れか一項に記載の異常潮位変動検知装置。
【請求項９】
映像中で水平線の上下動と連動して上下動すると期待される水平線連動物体を検出し、水平線連動物体の位置を出力する水平線連動物体検出手段と、
過去に検出した物体と、映像中で検出した物体とを対応付けることで物体追跡を行い、物体追跡結果を出力する物体追跡手段と、
物体追跡結果の中で検出対象により近い最良候補物体を識別し、その最良候補物体の位置を出力する物体識別手段と、を備えることを特徴とする異常潮位変動検知装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の水平線の検出と請求項９に記載の水平線連動物体の検出とを併用する異常潮位変動検知装置において、
潮位変動と連動して上下動する水平線または物体の運動を検出し、その両方または一方の運動の結果に基づき異常潮位変動の検知をすることを特徴とする異常潮位変動検知装置。
【請求項１１】
映像中から、潮位と連動して変動する物体または水平線の位置を検出し、
この位置の変動が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する異常潮位変動検知方法。
【請求項１２】
映像中から、潮位と連動して変動する物体の位置と水平線の位置を検出し、
物体と水平線の位置の変動のどちらか一方が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する異常潮位変動検知方法。
【請求項１３】
映像中から、潮位と連動して変動する物体の位置と水平線の位置を検出し、
時刻に基づき物体と水平線の位置の変動のどちらか一方を用いて潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する異常潮位変動検知方法。
【請求項１４】
潮汐や波浪とは異なる時間周期として、数分から数十分の範囲の潮位変動を検出することを特徴とする請求項１１から１３の何れか一項に記載の異常潮位変動検知方法。
【請求項１５】
フレーム画像中の横エッジ情報に基づき水平線候補を検出し、
検出された水平線候補と記憶装置に記憶された過去エッジ高さとを比較し、水平線座標を取得し、
観測結果から予想される平常時の水平線の最大高さを超えるか否か判定することを特徴とする異常潮位変動検知方法。
【請求項１６】
フレーム画像に対してフィルタを用いて横エッジ抽出を実施し、現フレーム横エッジ強度画像を作成し、
作成された現フレーム横エッジ強度画像から現フレームエッジ強度ヒストグラムを作成し、
記憶装置を参照し、作成された現フレームエッジ強度ヒストグラムを時間的に平滑化することで最新エッジ強度ヒストグラム作成し、
最新エッジ強度ヒストグラムの中で最大強度を持つヒストグラムのビンを決定し、最新水平線候補座標を出力することを特徴とする請求項１５に記載の異常潮位変動検知方法。
【請求項１７】
最新水平線候補座標を受け取り、記憶装置を参照して記憶装置に過去横エッジ高さが記憶されていない場合は、最新水平線候補座標を水平線座標として出力し、記憶装置に過去横エッジ高さが記憶されている場合は、最新水平線候補座標と過去横エッジ高さの差を求め、差が急峻な変動とならないように設定された閾値以下であれば水平線候補座標を水平線座標として出力することを特徴とする請求項１６に記載の異常潮位変動検知方法。
【請求項１８】
取得した水平線座標が、記憶装置に記憶される平常時最大潮位より画像上で上になるか否かを判定し、異常潮位変動の発生有無を判定し、
異常潮位変動が発生したと判定された場合に、異常潮位変動が発生していることを示す注意情報を出力するように指示を出し、
判定された潮位と、記憶装置に保存された水平線高履歴と時間履歴に基づき現在からＮ秒後における平常時最大潮位を予測し、Ｎ秒後の平常時最大潮位を保存することを特徴とする請求項１５から１７の何れか一項に記載の異常潮位変動検知方法。
【請求項１９】
映像中で水平線の上下動と連動して上下動すると期待される水平線連動物体を検出し、水平線連動物体の位置を出力し、
過去に検出した物体と、映像中で検出した物体とを対応付けることで物体追跡を行い、物体追跡結果を出力し、
物体追跡結果の中で検出対象により近い最良候補物体を識別し、その最良候補物体の位置を出力することを特徴とする異常潮位変動検知方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の水平線の検出と請求項１９に記載の水平線連動物体の検出とを併用する異常潮位変動検知方法において、
潮位変動と連動して上下動する水平線または物体の運動を検出し、その両方または一方の運動の結果に基づき異常潮位変動の検知をすることを特徴とする異常潮位変動検知方法。
【請求項２１】
コンピューターに対して、
映像中から、潮位と連動して変動する物体または水平線の位置を検出する機能と、
この位置の変動が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する機能とを実現させるための異常潮位変動検知プログラム。
【請求項２２】
コンピューターに対して、
映像中から、潮位と連動して変動する物体の位置と水平線の位置を検出する機能と、
物体と水平線の位置の変動のどちらか一方が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する機能とを実現させるための異常潮位変動検知プログラム。
【請求項２３】
コンピューターに対して、
映像中から、潮位と連動して変動する物体の位置と水平線の位置を検出する機能と、
時刻に基づき物体と水平線の位置の変動のどちらか一方を用いて潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する機能とを実現させるための異常潮位変動検知プログラム。
【請求項２４】
コンピューターに対して、
潮汐や波浪とは異なる時間周期として、数分から数十分の範囲の潮位変動を検出する機能を実現させるための請求項２１から２３の何れか一項に記載の異常潮位変動検知プログラム。
【請求項２５】
コンピューターに対して、
フレーム画像中の横エッジ情報に基づき水平線候補を検出する水平線候補検出機能と、
検出された水平線候補と記憶装置に記憶された過去エッジ高さとを比較し、水平線座標を取得する横エッジ高さ追跡機能と、
観測結果から予想される平常時の水平線の最大高さを超えるか否か判定する潮位高判定機能と、を実現させるための異常潮位変動検知プログラム。
【請求項２６】
コンピューターに対して、
フレーム画像に対してフィルタを用いて横エッジ抽出を実施し、現フレーム横エッジ強度画像を作成する横エッジ抽出機能と、
作成された現フレーム横エッジ強度画像から現フレームエッジ強度ヒストグラムを作成するエッジ強度ヒストグラム作成機能と、
記憶装置を参照し、作成された現フレームエッジ強度ヒストグラムを時間的に平滑化することで最新エッジ強度ヒストグラム作成するヒストグラム平滑化機能と、
最新エッジ強度ヒストグラムの中で最大強度を持つヒストグラムのビンを決定し、最新水平線候補座標を出力する最大強度位置取得機能と、を実現させるための請求項２５に記載の異常潮位変動検知プログラム。
【請求項２７】
コンピューターに対して、
最新水平線候補座標を受け取り、記憶装置を参照して記憶装置に過去横エッジ高さが記憶されていない場合は、最新水平線候補座標を水平線座標として出力する機能と、記憶装置に過去横エッジ高さが記憶されている場合は、最新水平線候補座標と過去横エッジ高さの差を求め、差が急峻な変動とならないように設定された閾値以下であれば水平線候補座標を水平線座標として出力する機能と、を実現させるための請求項２６に記載の異常潮位変動検知プログラム。
【請求項２８】
コンピューターに対して、
取得した水平線座標が、記憶装置に記憶される平常時最大潮位より画像上で上になるか否かを判定し、異常潮位変動の発生有無を判定する平常時潮位判定機能と、
異常潮位変動が発生したと判定された場合に、異常潮位変動が発生していることを示す注意情報を出力するように指示を出すアラート判定機能と、
判定された潮位と、記憶装置に保存された水平線高履歴と時間履歴に基づき現在からＮ秒後における平常時最大潮位を予測し、Ｎ秒後の平常時最大潮位を保存する平常時最大潮位高推定機能と、を実現させるための請求項２５から２７の何れか一項に記載の異常潮位変動検知プログラム。
【請求項２９】
コンピューターに対して、
映像中で水平線の上下動と連動して上下動すると期待される水平線連動物体を検出し、水平線連動物体の位置を出力する水平線連動物体検出機能と、
過去に検出した物体と、映像中で検出した物体とを対応付けることで物体追跡を行い、物体追跡結果を出力する物体追跡機能と、
物体追跡結果の中で検出対象により近い最良候補物体を識別し、その最良候補物体の位置を出力する物体識別機能と、を実現させるための異常潮位変動検知プログラム。
【請求項３０】
コンピューターに対して、
請求項２５に記載の水平線の検出機能と請求項２９に記載の水平線連動物体の検出機能とを併用して実現させるための異常潮位変動検知プログラムにおいて、
潮位変動と連動して上下動する水平線または物体の運動を検出し、その両方または一方の運動の結果に基づき異常潮位変動の検知をする機能を実現させるための異常潮位変動検知プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予測される潮位変動以上の変動を異常な潮位変動として検知できる異常潮位変動検知装置、異常潮位変動検知方法、及び異常潮位変動検知プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
津波などの到来を予測するには、津波予想データベースを用いた予測（非特許文献１）、海洋レーダを用いた波の観測を用いた予測（非特許文献２）が用いられてきた。
【０００３】
非特許文献１に記載の津波予測データベースを用いた予測は、津波の発生箇所ごとに津波の数値シミュレーションを行い、沿岸部に到達する津波の規模を予測する。非特許文献２に記載の海洋レーダを用いた予測は、海面に向けて発射した電波の反射波を解析し、波の速さや広がり方を推定することで、津波の到達を予測する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"津波を予想するしくみ"、[online]、気象庁、インターネット〈URL：http://www.seisvol.kishou.go.jp/eq/know/tsunami/ryoteki.html〉
【非特許文献２】"短波海洋レーダ"、[online]、独立行政法人  情報通信研究機構  沖縄電磁波技術センター、インターネット〈URL：http://okinawa.nict.go.jp/LROR/index1.html〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載の津波予測データベースを用いた津波の到来予測ではシミュレーション結果に基づく津波の到来期間（最短時間から最長時間の間）と規模（予想される津波の高さ）の予測であり、複数の波が押し寄せる場合の津波において、個別の津波の到来時間や規模を把握することは困難であった。
【０００６】
また、非特許文献２に記載の海洋レーダを用いた予測は、第１波が沿岸部に到達し、その反射波が発生した状態での、第２波以降の津波の沿岸部への到来の有無、および到来する時間の把握が非常に困難である。
【０００７】
重要施設では、連続して押し寄せる複数の津波の合間にも、復旧作業などを行う必要があるが、従来手法を用いた場合、第１波以降の津波の到来時間と規模が予測できず、全ての津波が落ち着くまで復旧作業を再開することが困難であった。
【０００８】
本発明は、津波を監視するための異常潮位変動を検知する技術であって、画像情報に映る津波の物理現象を統計処理または検定処理して海面変動を検知する異常潮位変動検知装置、異常潮位変動検知方法、及び異常潮位変動検知プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題に鑑み、本発明の一態様は、沖合いの潮位変動が水平線の上下動として観測できる高さに設置した撮像装置の映像中から、水平線、または水平線の高さと同期して位置変動を行う物体の画像上の高さを検知し、この高さの変動が、波浪や潮汐、気象条件などの影響により発生する潮位変動とは異なる周期で発生したことを検出することで、沖合いの異常潮位変動を漏れなく検知することで、第１波以外の津波の到来も予測可能とし、関連技術の手法では困難であった第２波以降の津波の検知を実現する技術に関する。
【００１０】
また、本発明の別の態様は、映像中から、潮位と連動して変動する物体または水平線の位置を検出し、この位置の変動が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する異常潮位変動検知装置に関する。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、映像中から、潮位と連動して変動する物体の位置と水平線の位置を検出し、物体と水平線の位置の変動のどちらか一方が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する異常潮位変動検知装置に関する。
【００１２】
また、本発明の別の態様は、映像中から、潮位と連動して変動する物体の位置と水平線の位置を検出し、時刻に基づき物体と水平線の位置の変動のどちらか一方を用いて潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する異常潮位変動検知装置に関する。
【００１３】
さらに、本発明の他の態様は、フレーム画像中の横エッジ情報に基づき水平線候補を検出する水平線候補検出手段と、検出された水平線候補と記憶装置に記憶された過去エッジ高さとを比較し、水平線座標を取得する横エッジ高さ追跡手段と、観測結果から予想される平常時の水平線の最大高さを超えるか否か判定する潮位高判定手段と、を備えることを特徴とする異常潮位変動検知装置に関する。
【００１４】
また、本発明の別の態様は、映像中から、潮位と連動して変動する物体または水平線の位置を検出し、この位置の変動が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する異常潮位変動検知方法に関する。
【００１５】
また、本発明の他の態様は、コンピューターに対して、映像中から、潮位と連動して変動する物体または水平線の位置を検出する機能と、この位置の変動が潮汐や波浪とは異なる時間周期で変動することを検出する機能とを実現させるための異常潮位変動検知プログラムに関する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、異常潮位変動の検知を漏れなく行うため、複数の津波が連続して沿岸部に到来する場合でも、第１波以降の津波の検知が可能となる。
【００１７】
本発明の更なる利点及び実施形態を、記述と図面を用いて下記に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態による異常潮位変動検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】地球を球体と仮定した場合において、図１に示す異常潮位変動検知装置の撮像手段の配置例及び撮像手段により撮影される画像例を示す図である。
【図３】図１に示す異常潮位変動検知装置の水平線候補検出手段の詳細を示すブロック図である。
【図４】図１に示す異常潮位変動検知装置により得られる情報であり、（ａ）は水平線画像、（ｂ）は横エッジ画像、（ｃ）はエッジ強度ヒストグラムを示す。
【図５】図１に示す異常潮位変動検知装置の潮位高判定手段の詳細を示すブロック図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す異常潮位変動検知装置の平常時最大潮位高推定手段による平常時最大潮位の求め方の例を示す。
【図７】本発明の第１の実施形態による異常潮位変動検知装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】図１の異常潮位変動検知装置の水平線候補検出手段の動作を示すフローチャートである。
【図９】図１の異常潮位変動検知装置の潮位高判定手段の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態による異常潮位変動検知装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の異常潮位変動検知装置により得られる情報であり、（ａ）は水平線とＧＰＳ波浪計の画像、（ｂ）は夜間の水平線とＧＰＳ波浪計の灯火画像を示す。
【図１２】図１０の異常潮位変動検知装置により得られる情報であり、（ａ）及び（ｂ）はテンプレートマッチングに基づくＧＰＳ波浪計の検出処理の例を示す。
【図１３】（ａ）はリングフィルタの例、（ｂ）は画像にリングフィルタを適用する例を示す。
【図１４】図１０の異常潮位変動検知装置の物体追跡手段による物体追跡の例を示す。
【図１５】本発明の第２の実施形態による異常潮位変動検知装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態に従う異常潮位変動検知装置、異常潮位変動検知方法、及び異常潮位変動検知プログラムについて、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態による異常潮位変動検知装置の概略構成を説明するためのブロック図である。同図において、異常潮位変動検知装置は、撮像手段１と、プログラム制御により動作するデータ処理装置２と、警報出力手段３と、情報を記憶する記憶装置４と、から構成されている。撮像手段１は、遠方の潮位変動が水平線の上下動として観測できる位置に設置し、遠方の潮位変動が映像内で画像の揺らぎや揺れに対して優位な差として観測できるものとするための超望遠レンズを備えている。また、警報出力手段３は、異常潮位変動を検知した際に注意を促す画像や音を出力する。
【００２１】
本発明の実施形態で用いる撮像手段１は、例えば、幅６４０画素、高さ４８０画素で映像を撮影するカメラを使用できる。このカメラに対して、例えば３０ｋｍ先の１ｍの高さの物体を画面内の高さ６画素程度で撮影できるような超望遠レンズを装着するものとする。この時、このカメラを図２（ｂ）のように地球を球体と仮定した時にカメラから３０ｋｍ先の海面に接する接線上に配置する。このように配置することで、例えば図２（ａ）のように３０ｋｍ先の潮位の変動が、画面内で水平線の上下動として観測することが可能となる。
【００２２】
記憶装置４は、ヒストグラム記憶部４１と、横エッジ高さ記憶部４２と、平常時最大潮位記憶部４３と、過去潮位記憶部４４と、を備えている。ヒストグラム記憶部４１は過去エッジ強度ヒストグラムを記憶する。横エッジ高さ記憶部４２は、過去横エッジ高さと未観測時間を記憶する。平常時最大潮位記憶部４３は、海面に異常潮位が発生していない平常時に最新フレームで観測しうる最大の水平線の高さである平常時最大潮位を記憶する。過去潮位記憶部４４は、過去に計測した水平線の高さと該水平線の高さを計測した時間の情報の履歴である水平線高履歴と時間履歴を記憶する。
【００２３】
データ処理装置２は、水平線候補検出手段２１と、横エッジ高さ追跡手段２２と、潮位高判定手段２３とを備えている。続いて、データ処理装置２を構成するこれらの手段２１、２２、２３について詳細に説明する。
【００２４】
図３は、水平線候補検出手段２１の詳細なブロック図である。図３において、水平線候補検出手段２１は、横エッジ抽出手段２１１と、エッジ強度ヒストグラム作成手段２１２と、ヒストグラム平滑化手段２１３と、最大強度位置取得手段２１４と、で構成される。
【００２５】
横エッジ抽出手段２１１は、撮像手段１で撮影された映像中の図４（ａ）に例示する最新フレーム画像に対して、ＳｏｂｅｌフィルタやＧａｂｏｒフィルタなどのフィルタの内、横エッジ抽出用フィルタだけを用いて横エッジ抽出を実施する。その結果、図４（ｂ）に例示する現フレーム横エッジ強度画像を作成する。水平線が視認できる時は、空の色と海面の色の差の境界部分が水平線として視認される。また、この境界部は画像上で上下に階調差がある部位を検出することで検知が可能であり、この処理は横エッジ検出処理を用いることで実現ができる。
【００２６】
エッジ強度ヒストグラム作成手段２１２は、横エッジ抽出手段２１１で抽出された現フレーム横エッジ強度画像で、Ｙ座標ごとに水平方向の横エッジ強度の総和を求め、図４（ｃ）に例示する現フレームエッジ強度ヒストグラムを作成する。水平線を含む海面や空を撮影する場合、水平線は図４に示すように画像中で最も横に長い直線となることが期待できる。このため、横エッジ抽出手段２１１で抽出した横エッジの強度を横方向に向かって総和し、Ｙ座標ごとにエッジ強度ヒストグラムを取ると、水平線の位置がヒストグラムのピークとなることが期待できる。
【００２７】
ヒストグラム平滑化手段２１３は、エッジ強度ヒストグラム作成手段２１２で作成された現フレームエッジ強度ヒストグラムを入力する。ヒストグラム記憶部４１に過去エッジ強度ヒストグラムが記憶されていない場合は、現フレームエッジ強度ヒストグラムを過去エッジ強度ヒストグラムとしてヒストグラム記憶部４１に保存する。そして、現フレームエッジ強度ヒストグラムを最新エッジ強度ヒストグラムとして、次の処理手段に提供する。ヒストグラム記憶部４１に過去エッジ強度ヒストグラムが保存されている場合は、過去エッジ強度ヒストグラムを読み込む。そして、過去エッジ強度ヒストグラムと現フレームエッジ強度ヒストグラムとの重み付き和として最新エッジ強度ヒストグラムを計算し、最新エッジ強度ヒストグラムを過去エッジ強度ヒストグラムとしてヒストグラム記憶部４１に保存し、次の処理手段に提供する。各フレームごとに独立で最大エッジ強度を持つＹ座標の位置を水平線の高さとする場合、波浪が大きい場合に手前の海面上に現れる波浪の白波などの方が横エッジ強度の総和が大きくなる場合がある。しかし、白波は長時間同じ場所に留まることはない。そのため、ヒストグラム平滑化手段２１３のようにエッジ強度ヒストグラムを時間的に平滑化することで、長時間安定して横エッジが検出できる位置を水平線の位置として検出できる可能性が高くなる。
【００２８】
最大強度位置取得手段２１４は、ヒストグラム平滑化手段２１３で得られた最新エッジ強度ヒストグラムの中で最大強度を持つヒストグラムのビンを決定し、このビンに対応する画像のＹ座標の値を最新水平線候補座標として横エッジ高さ追跡手段２２に対して出力する。
【００２９】
横エッジ高さ追跡手段２２は、最大強度位置取得手段２１４で得られた最新水平線候補座標を受け取る。横エッジ高さ記憶部４２に過去横エッジ高さが記憶されていない場合は、最新水平線候補座標を水平線座標として潮位高判定手段２３に出力する。横エッジ高さ記憶部４２に過去横エッジ高さが記憶されている場合は、最新水平線候補座標と過去横エッジ高さの差を求める。差が急峻な変動とならないように設定された閾値以下であれば水平線候補座標を水平線座標とし、潮位高判定手段２３に出力する。また、該水平線座標と０を未観測時間としてそれぞれを横エッジ高さ記憶部４２に保存する。最新水平線候補座標と過去横エッジ高さの差が閾値以下の場合、横エッジ高さ記憶部４２に記憶される未観測時間が船舶などの通過時間程度に設定された未観測時間閾値以下であれば過去横エッジ高さを水平線座標とし、該水平線座標を潮位高判定手段２３に出力する。また、未観測時間に１を加えて横エッジ高さ記憶部４２に保存する。未観測時間が未観測時間閾値より大きい場合は最新水平線候補座標を水平線座標とし、該水平線座標を潮位高判定手段２３に出力する。また、水平線座標と０を未観測時間としてそれぞれを横エッジ高さ記憶部４２に保存する。観察対象の海面上では、水平線の手前を船舶が横切ることがある。タンカーなどの長さが長い船舶が通過する場合、船舶が着水している部分の横エッジが水平線よりも強度が強くなることが考えられる。このため、船舶の着水部の誤検出を改善するため、観測する環境で船舶が画面内を横切る時間よりも短い時間で横エッジの大幅な移動が観測される場合、この移動を水平線として認識せず、それまでに観測されていた水平線位置を追跡し続けるようにする。この結果、より水平線を正しく検出することが可能となる。
【００３０】
図５は、潮位高判定手段２３の詳細なブロック図である。図５において、潮位高判定手段２３は、平常時潮位判定手段２３１と、アラート判定手段２３２と、平常時最大潮位高推定手段２３３と、を備える。
【００３１】
平常時潮位判定手段２３１は、横エッジ高さ追跡手段２２から得られる水平線座標が、平常時最大潮位記憶部４３に記憶される平常時最大潮位より画像上で上になるか否かを判定し、異常潮位変動の発生有無を判定する。
【００３２】
アラート判定手段２３２は、平常時潮位判定手段２３１で異常潮位変動が発生したと判定された場合に、Ｍ秒（Ｍ≧０）以上、異常潮位変動が発生したと判定され続けた場合に、警報出力手段３に異常潮位変動が発生していることを示す注意情報を出力するように指示を出す。ここで、Ｍを非零の適切な値とすると、津波などのある一定時間は異常な潮位変動が発生する場合（Ｍ秒異常潮位が高くなっている状態が継続する場合）の検知精度は劣化することない。水平線位置の誤識別などで、一瞬、閾値を上回る水平線位置が検出されても、その水平線が安定して同じ場所に検出されないと、警報が発生することがなく、誤報率が改善する。
【００３３】
平常時最大潮位高推定手段２３３は、平常時潮位判定手段２３１で判定された潮位と、過去潮位記憶部４４に保存された水平線高履歴と時間履歴に基づき現在からＮ秒後における平常時最大潮位を予測する。また、予想したＮ秒後の平常時最大潮位を平常時最大潮位記憶部４３に保存する。ここで、平常時最大潮位の求め方の例を図６に示す。異常潮位変動が発生しない平常時でも、波浪や潮汐、天候変動、日照変動による海面の見え方の違いや、画像解析処理自体で発生する誤差などにより数画素の水平線の位置変動が発生する（図６（ａ）参照）。この時、波浪や潮汐と、津波などの異常潮位変動は変動周期がそれぞれ秒単位、時間単位、分単位と異なる。このため、津波の異常潮位変動を検知するためには、分単位〜１０分単位での潮位の変動を観測することで波浪や潮汐の影響を受けずに津波の異常潮位変動に特化した観測が可能となる。しかし、この場合でも、天候や日照変動、画像解析自体の誤差は発生する。そこで、図６（ｂ）のように分単位〜１０分単位で生じる天候や日照変動、画像解析自体の誤差以上に潮位の推定結果が大きくなる場合のみに、アラートを発報することが可能となる。例えば、平常時に１０分間で発生するこの推定誤差が６画素だった場合は、平常時潮位判定を行う対象の時刻の１０分前の間の最小潮位から６画素高くなった位置よりも、横エッジ高さ追跡手段２２から得られる水平線座標が高い場合、異常潮位変動が発生したとして、警報を鳴らすなどの対応が可能である。
【００３４】
図７は、本発明の実施形態による異常潮位変動検知装置の動作を示すフローチャートであり、図８は、図１の水平線候補検出手段２１のフローチャート、図９は、図１の潮位高判定手段２３のフローチャートである。図１、図３、図５、図７〜図９を用いて、本発明の実施形態による異常潮位変動検知装置の動作及び異常潮位変動検知方法を説明する。
【００３５】
異常潮位変動検知装置は処理が開始されると、まず記憶装置４や変数等の初期化を行う（図７ステップＳ１）。次に、異常潮位変動検知装置は、撮像機器(図１の１)から最新のフレーム画像を取得（図７ステップＳ２）し、水平線検出手段（図１の２１）において画像中の横エッジ情報に基づき水平線候補を検出する（図７ステップＳ３）。検出された水平線候補は、横エッジ高さ追跡手段（図１の２２）で、横エッジ高さ記憶部（図１の４２）に保存される過去エッジ高さと比較される（図７ステップＳ４）。変動量が小さい場合は水平線候補を水平線位置とし（図７ステップＳ５）、変動量が大きい場合は横エッジ高さ記憶部（図１の４２）に保存される未観測時間が一定時間以下か否かを判定（図７ステップＳ６）する。一定時間以下であれば水平線候補を水平線位置とし（図７ステップＳ５）、一定時間よりも大きい場合は前フレームでの水平線位置を現フレームの水平線位置とする（図７ステップＳ７）。次に、潮位高判定手段(図１の２３)で、これまでの観測結果から予測される平常時の水平線の最大高さを越えるか否かを判定する（図７ステップＳ８）。越えない場合は次のフレーム画像の取得を行い（図７ステップＳ２）、越える場合は警報出力手段（図１の３）を介して、異常潮位が発生したことを知らせる警報を発生させ（図７ステップＳ９）、次のフレーム画像の取得を行う（図７ステップＳ２）。
【００３６】
水平線候補検出手段（図１の２１）は、図８のフローチャートに示す処理を行う。画像が入力されると、横エッジ抽出手段（図２の２１１）で横エッジ抽出を行い、横エッジ強度画像を出力する（図８ステップＳ３１）。エッジ強度ヒストグラム作成手段（図２の２１２）は、得られた横エッジ強度画像のＹ座標毎に水平線方向のエッジ強度の総和を計算し、現フレームエッジ強度ヒストグラムを求める（図８のＳ３２）。ヒストグラム平滑化手段（図３の２１３）は、ヒストグラム記憶部（図３の４１）に保存される過去エッジ強度ヒストグラムと現フレームエッジ強度との重み付和を計算する。また、時間的に平滑化された最新エッジ強度ヒストグラムを計算し、最新エッジ強度ヒストグラムを過去エッジ強度ヒストグラムとしてヒストグラム記憶部４１に保存する（図８ステップＳ３３）。最大強度位置取得手段（図３の２１４）は、最新エッジ強度ヒストグラムの最大強度を示すヒストグラムのビンに対応するＹ座標を水平線候補座標として出力（図８ステップＳ３４）する。
【００３７】
潮位高判定手段（図１の２３）は、図９のフローチャートに示す処理を行う。水平線座標が横エッジ高さ追跡手段（図１の２２）で得られると、平常時潮位判定手段（図５の２３１）は、水平線座標と平常時最大潮位記憶部（図５の４３）に保存された平常時最大潮位とを比較し、現フレームの水平線位置が異常な位置にあるか否かを判定する（図９ステップＳ７１）。異常な位置にあると判定された場合、アラート判定手段（図５の２３２）により異常な位置にある状態がＭフレーム（Ｍ≧０）以上継続しているか否かを判定する（図９のステップ７２）。継続している場合は異常潮位変動が発生しているとして、警報出力手段（図１の３）を介して、異常潮位変動発生を通報する。平常時最大潮位高推定手段（図５の２３３）は、平常時潮位判定手段（図５の２３１）で判定された潮位と、過去潮位記憶部（図５の４４）に保存された水平線高履歴と時間履歴に基づき現在から一定時間後の時刻Ｎにおける平常時最大潮位を予測する。そして、時刻Ｎの平常時最大潮位を平常時最大潮位記憶部（図５の４３）に保存し、また、現フレームの水平線位置を過去潮位記憶部（図５の４４）に保存する。
【００３８】
本発明の第１の実施形態による異常潮位変動検知装置は、沿岸から離れた場所の潮位変動をカメラで撮影し、異常潮位変動の推定を漏れなく行うため、複数の津波が連続して沿岸部に到来する場合でも、第１波以降の津波の検知が可能である。
【００３９】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態は、上述した第１の実施形態の変形例である。以下、本実施形態において、第１の実施形態においてすでに説明した部分と同様な機能を有する部分には同一符号を付し、説明は省略する。
【００４０】
図１０は、本発明の第２の実施形態による異常潮位変動検知装置の概略構成を示すブロック図である。図１０において、本実施形態による異常潮位変動検知装置は、第１の実施形態と機器構成は同じであり、データ処理装置２と、記憶装置４が含むブロックが異なる。撮像手段１と、警報出力手段３は第１の実施形態と同じため、以下、相違点のみ述べる。
【００４１】
記憶装置４は、第１の実施形態に比べて、ヒストグラム記憶部４１と、横エッジ高さ記憶部４２が無く、追跡物体履歴４５を含む点が異なる。追跡物体履歴４５は、後述する物体追跡手段２５で得られた物体追跡情報を記憶する。
【００４２】
データ処理装置２は、第１の実施形態に比べて、水平線候補検出手段２１と、横エッジ高さ追跡手段２２が無く、水平線連動物体検出手段２４と、物体追跡手段２５と、物体識別手段２６と、を備えている点が異なる。
【００４３】
水平線連動物体検出手段２４は、画面内で水平線の上下動と連動して上下動すると期待される水平線連動物体を検出し、水平線連動物体の位置を出力する。水平線連動物体としては、例えば、図１１（ａ）に示すような沖合に繋留されたＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）波浪計や、ブイなどが考えられる。ＧＰＳ波浪計やブイは、海上に浮遊しており、撮像手段１で撮影された映像中では潮位変動の影響で上下動する水平線に連動して上下動することが期待できる。また、これらの水平線連動物体に、図１１（ｂ）のように灯火をつけることにより、夜間、水平線が視認できない場合でも、灯火の位置を検出することで水平線の高さを推定することが可能である。この場合、昼夜問わず、水平線の高さに基づく異常潮位の変動検知が可能となる。
【００４４】
ＧＰＳ波浪計やブイの検出には、テンプレートマッチングなどを用いることができる。テンプレートマッチングは、図１２（ａ）に示すように検出対象のパターンを示すテンプレート画像に似た場所を処理対象画像内で網羅的に探索し、図１２（ｂ）に示すようにテンプレート画像に似たパターンがある位置に検出対象があると仮定する手法である。このとき、使用するテンプレート画像は、検出対象の単一の画像や、複数の画像で構成される場合もあり、また画像そのものでマッチングする場合に比べて、より検出対象とそれ以外を識別しやすい特徴に画像を変換した特徴量データを用いてマッチングする場合もある。例えば、画像そのものを用いた場合、画像の明るさが変化すると、テンプレート画像と検出対象の明るさに大きく差異が生じるが、エッジ画像と呼ばれる物体の輪郭情報だけを用いると、画像の明るさの影響は受けにくくなり、より高精度な物体検出が可能となる。
【００４５】
灯火の位置の検出には、テンプレートマッチングやリングフィルタと呼ばれる輝点検出フィルタを用いることができる。リングフィルタは、図１３（ａ）に示すような注目画素とその周辺画素の階調差を見ることで、注目画素の階調値が周辺画素の階調値に比べ一定値以上高い（明るい）場合に、注目画素を輝点とするフィルタ処理である。図１３（ｂ）に示すように、このリングフィルタを画面全体に網羅的に適用することで、画面内の輝点の候補を得ることができる。
【００４６】
物体追跡手段２５は、過去に検出した物体と、最新映像中で検出した物体とを対応付けることで物体追跡を行い、物体追跡結果を追跡物体履歴４５に保存し、物体追跡結果を出力する。物体の対応付けは、例えば、図１４に示すように過去に検出した物体の位置と、最新映像中で検出した物体の位置の距離が一定範囲内であるもの同士を対応付ける方法等がよく用いられる。過去の検出結果が、現在の映像中のどこに移動しているかを推測するカルマンフィルタ（Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒ）や粒子フィルタ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）、追跡対象の見た目の近さで位置を補正する平均値シフト（Ｍｅａｎ Ｓｈｉｆｔ）やテンプレートマッチングなど、追跡には多様な技術があるが、本発明の第２の実施形態ではいずれの手法も適用可能である。また、灯火が点灯する場合は、灯火の消灯期間以上の間、最新映像中の物体と対応が取れなかった過去の追跡結果を保持しておくことで、灯火が再度点灯した時に、対応が取れるようになり、点灯物体の追跡と消灯時の物体の位置予測も可能となる。
【００４７】
物体識別手段２６は、物体追跡手段２５により得られた物体追跡結果の中で、運動パターンやその見えなどにより、検出対象により近い最良候補物体を識別し、その最良候補物体の位置を出力する。水平線連動物体検出手段２４で検出される物体には、検出対象の物体とは異なるものを検出する誤検出が含まれることがある。例えば、リングフィルタを利用した場合、検出対象に付属する灯火以外に、観察区域を航行する船舶や、映像中のノイズなどを誤検出する。船舶は映像中を移動し、ノイズは断続的に不規則に観測される。これに対して、検出対象の灯火は、同じ場所に留まり、かつ長時間観測される。このため、より長い期間、同じ場所に留まる運動パターンを持つ物体追跡結果を、最良候補物体とすることで、物体の誤検出を抑制し、正しく検出対象の位置を得られる可能性が高まる。また、過去に検出された最良候補物体の見えと、物体追跡候補の見えの類似性を評価し、最良候補物体とすることも可能である。また、運動パターンと物体の見えの両方を用いて最良候補物体を選択することで、より精度を高めることができると期待できる。
【００４８】
潮位高判定手段２３は、本発明の第１の実施形態の潮位高判定手段（図１の２３）と同じ処理が行われるが、入力は物体識別手段２６で得られる最良候補物体の位置情報である。この結果、映像中で検出された水平線の上下動に連動する物体の上下動を用いて、異常潮位変動推定を行うことが可能となる。
【００４９】
図１５は、本発明の第２の実施形態による異常潮位変動検知装置の動作を示すフローチャートである。図７に示す本発明の第１の実施形態のフローチャートに比べ、ステップＳ３からステップＳ７が無く、ステップＳ１０からステップＳ１２が追加された点が異なる。以下、第１の実施形態のフローチャートと異なる部分のみ説明する。
【００５０】
本発明の第２の実施形態では、ステップ２で取得した映像に対して、水平線連動物体検出手段（図１０の２４）により水平線の上下動と同じ運動を行う物体の検出を行う（ステップＳ１０）。検出した物体は、物体追跡手段（図１０の２５）により過去の検出結果と対応付けがなされ、物体追跡結果を得る（ステップＳ１１）。物体識別手段（図１０の２６）は、得られた物体追跡結果の運動パターンや見えなどに基づき、より検出対象らしい候補を最良候補物体として選択し、その物体の位置情報を出力する（ステップＳ１２）。潮位高判定手段（図１０の２３）は、最良候補物体の位置情報に基づき、本発明の第１の実施形態の潮位高判定手段の処理フロー（図９）と同様に異常潮位変動の検知処理を実施する（ステップＳ８）。
【００５１】
本発明の第２の実施形態による異常潮位変動検知装置は、潮位変動と連動して上下動する物体をカメラで撮影し、その物体の運動を検出することで異常潮位変動の推定を漏れなく行うため、複数の津波が連続して沿岸部に到来する場合でも、第１波以降の津波の検知が可能である。
【００５２】
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。本発明の第３の実施形態は、上述した第１及び第２の実施形態の変形例である。以下、本実施形態において、第１及び第２の実施形態においてすでに説明した部分と同様な機能を有する部分には同一符号を付し、説明は省略する。
【００５３】
本発明の第３の実施形態は、水平線検出と水平線連動物体の検出を併用した異常潮位変動検知装置を提供する。潮位高判定手段が、水平線の検出手段と水平線連動物体の検出手段の両方のＡＮＤ判定、ＯＲ判定、または時刻情報に基づき情報の選択を行う。時刻情報を用いる場合は、例えば、映像取得時のデータ処理装置の時刻と日の出、日の入りの時刻を比較し、日の出から日の入りの時刻の間であれば、水平線の位置、日の入りから日の出の時刻の間であれば水平線連動物体の位置を用いて、潮位高判定を行う。
【００５４】
本発明の第３の実施形態による異常潮位変動検知装置は、潮位変動と連動して上下動する水平線、または物体をカメラで撮影し、水平線または物体の運動を検出し、その両方の運動の結果に基づき異常潮位変動の推定を漏れなく行うため、観測時間によらず、複数の津波が連続して沿岸部に到来する場合でも、第１波以降の津波の検知が可能である。
【００５５】
上述した各実施形態に含まれる特徴を用いた異常潮位変動検知方法も、本発明の範疇に含まれる。
【００５６】
なお、上記異常潮位変動検知方法は、コンピュータで実行させることのできるプログラムとして、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなどの磁気ディスク、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤなどの光ディスク、光磁気ディスク（ＭＯ）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することもできる。また、この記録媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。
【００５７】
また、記録媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステムや、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のミドルウェアなどが各処理の一部を実行してもよい。さらに、上記記録媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネットなどにより伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記録媒体も含まれる。
【００５８】
また、記録媒体は１つに限らず、複数の媒体から上記実施形態における処理が実行される場合も本発明における記録媒体に含まれ、媒体構成は何れの構成であってもよい。コンピュータは、記録媒体に記憶されたプログラムに基づき各処理を実行するものであって、パソコンなどからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステムなどの何れの構成であってもよい。また、コンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置を含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置である。
【００５９】
以上、実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  撮像手段
２  データ処理装置
２１  水平線候補検出手段
２１１  横エッジ抽出手段
２１２  エッジ強度ヒストグラム作成手段
２１３  ヒストグラム平滑化手段
２１４  最大強度位置取得手段
２２  横エッジ高さ追跡手段
２３  潮位高判定手段
２３１  平常時潮位判定手段
２３２  アラート判定手段
２３３  平常時最大潮位高推定手段
２４  水平線連動物体検出手段
２５  物体追跡手段
２６  物体識別手段
３  警報出力手段
４  記憶装置
４１  ヒストグラム記憶部
４２  横エッジ高さ記憶部
４３  平常時最大潮位記憶部
４４  過去潮位記憶部
４５  追跡物体履歴
【図１】
2015069219.tif 000003
【図２】
2015069219.tif 000004
【図３】
2015069219.tif 000005
【図４】
2015069219.tif 000006
【図５】
2015069219.tif 000007
【図６】
2015069219.tif 000008
【図７】
2015069219.tif 000009
【図８】
2015069219.tif 000010
【図９】
2015069219.tif 000011
【図１０】
2015069219.tif 000012
【図１１】
2015069219.tif 000013
【図１２】
2015069219.tif 000014
【図１３】
2015069219.tif 000015
【図１４】
2015069219.tif 000016
【図１５】
2015069219.tif 000017