(57)【要約】【課題】  大気屈折率による測定対象の画像の揺れを容易に補正可能とする。【解決手段】  撮像手段２によって、測定対象と共にレーザ光照射装置から照射されたレーザ光を撮像する。レーザ光と測定対象とは、大気屈折率に従って画像が揺れる際には、共に揺れる。その一方、振動、流れなどが生じた際には、測定対象は、それに従って、任意の方向に任意の距離だけ振動したり、移動したりするが、レーザ光は測定対象の振動等によっては変動しない。従って、各画像間におけるレーザ光の位置の差分（移動量及び移動方向）を求め、それを補正値として、測定対象の移動量、移動方向に加味すれば、大気屈折率の影響を容易に除去でき、長距離離れた測定対象の挙動を解析する場合の精度が向上する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に対して所定の距離離れた位置に設置される撮像手段により所定の撮像時間間隔で測定対象を撮像し、得られた時系列の画像から測定対象に関する各画像間の速度データを求め、測定対象の挙動を解析するＰＩＶ解析手段が設定された画像処理手段を備えた長距離型の画像解析システムであって、
前記撮像手段による撮像視野内の一定位置にレーザ光を照射するレーザ光照射装置を有し、
前記画像処理手段には、前記撮像手段により撮像された前記測定対象とレーザ光との時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正する補正手段が設定されていることを特徴とする画像解析システム。
【請求項２】
測定対象に対して所定の距離離れた位置に設置される撮像手段により所定の撮像時間間隔で測定対象を撮像し、得られた時系列の画像から、ＰＩＶ解析手段により、測定対象に関する各画像間の速度データを求め、測定対象の挙動を解析する画像解析方法であって、
前記撮像手段による撮像視野内の一定位置にレーザ光を照射し、
前記撮像手段により、前記測定対象と共にレーザ光も併せて撮像し、
前記撮像手段により撮像された前記測定対象とレーザ光との時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正することを特徴とする画像解析方法。
【請求項３】
測定対象に対して所定の距離離れた位置に設置される撮像手段により所定の撮像時間間隔で測定対象を撮像し、得られた時系列の画像から、ＰＩＶ解析手段により、測定対象に関する各画像間の速度データを求め、測定対象の挙動を解析する長距離型の画像解析システムにおける画像処理手段を構成するコンピュータプログラムであって、
前記画像処理手段には、前記撮像手段により、撮像視野内の一定位置に照射されるレーザ光と共に撮像された前記測定対象の時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正する補正手段が設定されていることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の撮像時間間隔で撮像された時系列の画像を比較して、測定対象の振動の様子、移動方向などの各種の挙動を解析する技術であって、特に、長距離離間した測定対象を撮像して解析する長距離型の画像解析システム及び該画像解析システムに用いられるコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、送電線鉄塔や送電線の振動を非接触で計測する技術として、本出願人は、特許文献１として、長焦点光学系を備えた撮像手段を採用し、数十ｍ〜数百ｍ、あるいは数ｋｍ離間した位置から測定対象の振動を計測できる粒子画像流速測定法（以下、「ＰＩＶ」という）を応用した画像処理による振動計測技術を提案している。また、特許文献２には、同じく、長焦点光学系を備えた撮像手段とＰＩＶ解析手段を用いて、発電施設などの煙突から排出される煙、水蒸気、火山灰、黄砂などを遠方から観測するシステムを提案している。
【特許文献１】ＰＣＴ／ＪＰ２００６／３２１３６９号明細書
【特許文献２】ＷＯ２００５／０９５９９３Ａ１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１と特許文献２は測定対象が剛体であるか流体であるかの違いはあるが、いずれにしても、相互相関法、画像相関法によるＰＩＶ解析を利用して測定対象の振動や流れの方向などの挙動を解析する点で共通すると共に、長焦点光学系を採用して長距離離れた測定対象に対して適用可能にした点でも共通する。従って、測定距離が長くなればなるほど、測定時の温度、湿度などの変化に伴い、大気屈折率の影響が大きくなり、撮像する際の画像の揺れが激しくなる。このため、撮像した画像の位置が本来の画像の位置と一致しない場合がある。
【０００４】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、長焦点光学系を用いて長距離離れた測定対象の挙動を解析するに当たって、大気屈折率による測定対象の画像の揺れを容易に補正できる画像解析システム及び該画像解析システムに用いられるコンピュータプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の画像解析システムは、測定対象に対して所定の距離離れた位置に設置される撮像手段により所定の撮像時間間隔で測定対象を撮像し、得られた時系列の画像から測定対象に関する各画像間の速度データを求め、測定対象の挙動を解析するＰＩＶ解析手段が設定された画像処理手段を備えた長距離型の画像解析システムであって、
前記撮像手段による撮像視野内の一定位置にレーザ光を照射するレーザ光照射装置を有し、
前記画像処理手段には、前記撮像手段により撮像された前記測定対象とレーザ光との時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正する補正手段が設定されていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の画像解析方法は、測定対象に対して所定の距離離れた位置に設置される撮像手段により所定の撮像時間間隔で測定対象を撮像し、得られた時系列の画像から、ＰＩＶ解析手段により、測定対象に関する各画像間の速度データを求め、測定対象の挙動を解析する画像解析方法であって、
前記撮像手段による撮像視野内の一定位置にレーザ光を照射し、
前記撮像手段により、前記測定対象と共にレーザ光も併せて撮像し、
前記撮像手段により撮像された前記測定対象とレーザ光との時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のコンピュータプログラムは、測定対象に対して所定の距離離れた位置に設置される撮像手段により所定の撮像時間間隔で測定対象を撮像し、得られた時系列の画像から、ＰＩＶ解析手段により、測定対象に関する各画像間の速度データを求め、測定対象の挙動を解析する長距離型の画像解析システムにおける画像処理手段を構成するコンピュータプログラムであって、
前記画像処理手段には、前記撮像手段により、撮像視野内の一定位置に照射されるレーザ光と共に撮像された前記測定対象の時系列の画像を基に、各画像間における前記レーザ光の位置の差分を求め、該差分を補正値として、各画像における測定対象の位置を補正する補正手段が設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像手段によって、測定対象と共にレーザ光照射装置から照射されたレーザ光を撮像する。レーザ光と測定対象とは、大気屈折率に従って画像が揺れる際には、共に揺れる。その一方、振動、流れなどが生じた際には、測定対象は、それに従って、任意の方向に任意の距離だけ振動したり、移動したりするが、レーザ光は測定対象の振動等によっては変動しない。従って、各画像間におけるレーザ光の位置の差分（移動量及び移動方向）を求め、それを補正値として、測定対象の移動量、移動方向に加味すれば、大気屈折率の影響を容易に除去でき、長距離離れた測定対象の挙動を解析する場合の精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて更に詳しく説明する。図１は、本発明の一の実施形態に係る画像解析システム１を示し、撮像手段としての、長焦点光学系３を備えたＣＣＤカメラ２、コンピュータ４、レーザ光照射装置５等を備えて構成される。
【００１０】
ＣＣＤカメラ２に、長焦点光学系３が装着されるが、長焦点光学系３としては、単焦点系のレンズ（以下、「単レンズ」という）を用いることが好ましい。この場合、ターレットを設け、複数種類の単レンズを選択可能な構成とすることがより好ましい。ターレットを用いることにより、単レンズの自動選択も可能となる。ズーム機能を有するレンズの場合、一般に像面湾曲が大きい点が欠点であるが、高屈折率のガラスで安定した像が得られるものであれば使用できる。なお、本実施形態では、撮像手段として、ＣＣＤ撮像素子を備えたカメラ（ＣＣＤカメラ）を使用しているが、これに代え、ＣＭＯＳ撮像素子を備えたカメラを用いることもできる。
【００１１】
コンピュータ４は、図１及び図２に示したように、ＣＣＤカメラ２に接続され、ＣＣＤカメラ２の駆動を制御する制御手段４１と、ＣＣＤカメラ２により撮影された画像信号を受信して所定の処理を行う画像取り込み手段４２及び画像処理手段４３とを備えてなる。ＣＣＤカメラ２は、測定対象の画像を微小時間間隔で連続的に撮像する。制御手段４１は、ＣＣＤカメラ２の焦点距離の調整等を行う。画像取り込み手段４２は、ＣＣＤカメラ２からのマーカー画像の信号をデジタル化するフレームグラバボードを備えてなる。画像処理手段４３は、コンピュータプログラムからなり、フレームグラバボードから出力されるデジタル画像信号を解析処理するが、詳細は後述する。なお、画像処理手段４３の前段に、像の歪み収差などを補正する回路を設けることもできる。
【００１２】
レーザ光照射装置５は、測定対象付近の一定位置にレーザ光を照射可能に設けられる。例えば、ＣＣＤカメラ２の本体の上部や側部に一体に取り付けられ、ＣＣＤカメラ２により撮像する際に、該レーザ光照射装置５が制御手段４１により駆動され、レーザ光が照射される。また、ＣＣＤカメラ２により測定対象を撮像する際、その撮像視野に、照射されたレーザ光が含まれるように、ＣＣＤカメラ２の姿勢、あるいは、レーザ光照射装置５のレーザ光の照射方向等が制御手段４１により調整される。これにより、測定対象を撮像すると、同時にレーザ光が撮像されることになる。なお、レーザ光照射装置５としては、特に、ビームスポット（レーザポインタのポインタ部分）がドットではなく、クロスやサークルの形状をしたものを用いると、遠距離測定に有利である。
【００１３】
上記したコンピュータ４に設定される画像処理手段４３には、コンピュータプログラムとしてのＰＩＶ解析手段４３１と補正手段４３２とが設定されている。ＰＩＶ解析手段は、ＣＣＤカメラ２により微小時間間隔をおいて撮像された二時刻の画像を相互相関法、画像相関法、時空間微分法などのＰＩＶ手法を用いて比較解析する。
【００１４】
補正手段４３２は、撮像したレーザ光を標定点として利用するためのプログラムである。すなわち、ＣＣＤカメラ２により、測定対象を撮像する場合、ＣＣＤカメラ２の位置が一定で、大気屈折率に変化がなく、かつ、当該測定対象が静止状態であれば、測定対象は微小時間間隔をおいて撮像される各画像内での位置は同じであるはずである。しかし、ＣＣＤカメラ２の位置が一定であって測定対象が静止状態であっても、大気屈折率は時々刻々と変化するため、ＣＣＤカメラ２により撮像された画像内では測定対象の位置が画像間で変化する。特に、数十ｍ〜数ｋｍといった長距離離間すると、大気屈折率の変化による画像の揺れが大きい。このため、測定対象の位置が振動等により動いた場合、その移動量（移動方向）に、大気屈折率の変化による画像の揺れ量（揺れ方向）が含まれてしまうため、測定精度に影響がでる。しかし、本実施形態では、測定対象と共にレーザ光を撮像している。レーザ光は、大気屈折率の変化によって測定対象と共に揺れるが、測定対象自体の振動等の動きには影響されない。従って、かかるレーザ光を標定点とし、各画像間におけるレーザ光（標定点）の移動量、移動方向を補正値とすれば、これを測定対象の各画像間における移動量、移動方向に加味することにより、大気屈折率の変化による影響を除去できる。
【００１５】
具体的には、ＰＩＶ解析手段４３１により、測定対象の移動量、移動方向を求めると共に、標定点としてのレーザ光の移動量、移動方向も求める。例えば、図３に示したように、第１時刻において、実線で示した測定対象がＡ点に位置していたとして、第２時刻において測定対象がＢ点に移ったとする。Ａ点とＢ点の差をΔＭとする。また、これに対応した第１時刻におけるレーザ光の位置と第２時刻におけるレーザ光の位置との差をΔＬとする。そうすると、ΔＬは、大気の屈折率の変化に伴う画像の揺れ分（揺れ量、揺れ方向）であり、ΔＭは、測定対象の実際の移動量及び移動方向に、大気の揺れ分ΔＬが含まれた大きさである。従って、ΔＭのＸ方向、Ｙ方向の値からΔＬのＸ方向、Ｙ方向の値を差し引きすれば、大気屈折率の変化による画像の揺れの影響が除去された測定対象の移動方向、移動量が求められる。
【００１６】
なお、上記した実施形態では、ＰＩＶ解析手段４３１により、測定対象の各位置及びレーザ光の各位置を求めた後、補正手段４３２による補正を行っているが、補正手段４３２によって大気屈折率の変化による揺れ分を補正した後に、ＰＩＶ解析手段４３１を適用して測定対象の位置を求めるようにしてもよい。この場合、例えば、第１時刻におけるレーザ光の位置を既知点（例えば、座標原点）とし、第２時刻におけるレーザ光の位置との差分（移動量、移動方向）を補正値として求め、この補正値を測定対象の各時刻における位置に加味すれば、大気屈折率の影響を除去でき、その後は、補正後のデータを用いてＰＩＶ解析手段４３１を適用すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
以上のことから、本発明では、長距離離間した測定対象を撮像して解析する際に問題となる大気屈折率の変化の影響を除去することができる。このため、接近困難な遠方の種々の測定対象の挙動を解析するのに適しており、送電線鉄塔や送電線の振動などの非流体の挙動のほか、発電施設などの煙突から排出される煙、水蒸気、火山灰、黄砂などの流体の流れなどを解析するのにも適している。なお、長焦点光学系から測定対象までの距離は、長焦点光学系や使用する撮像素子の精度、レーザ光照射装置の照射距離によっても異なり、特に限定されるものではないが、入手可能な長焦点光学系等の性能を考慮すると、１０ｍ以上２０ｋｍ以下で用いることが実用的には好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一の実施形態に係る画像解析システムの概要を示す図である。
【図２】図２は、上記実施形態に係る画像解析システムのコンピュータの概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、上記実施形態に画像解析システムの作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  画像解析システム
２  ＣＣＤカメラ
３  長焦点光学系
４  コンピュータ
４１  制御手段
４２  画像取り込み手段
４３  画像処理手段
４３１  ＰＩＶ解析手段
４３２  補正手段
５  レーザ光照射装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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