(57)【要約】【課題】体積計測対象物の体積を、より高精度かつ簡易な方法により測定することが可能な画像処理による体積計測システムとその方法を提供する。【解決手段】画像処理による体積計測システム１は、ブロック領域および基準線を設定するブロック領域設定手段４ａと、カメラ３の焦点位置を制御する焦点位置制御手段４ｂと、焦点距離を入力する焦点距離入力手段４ｄと、ブロック領域内に体積計測対象物が存在する領域の基準線の長さを計算する基準線長計算手段４ｅと、基準線の長さにブロック領域の断面の面積を乗じることにより、体積計測対象物の所要の領域の体積を計算する体積計算手段４ｆと、を具備している。【選択図】  図３
2004245784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想的なブロック領域およびこのブロック領域内部に基準線を設定するブロック領域設定手段と、
体積計測対象物に向けて配設されるカメラの焦点位置を調整して変化させる焦点位置調整機構を制御する焦点位置制御手段と、
前記体積計測対象物の表面と前記基準線との交点にカメラの焦点を合わせたときの焦点距離を測定する焦点距離センサから測定した焦点距離を入力する焦点距離入力手段と、
前記焦点距離入力手段により入力された前記焦点距離から前記カメラと前記体積計測対象物との相対的な位置関係に基づいて幾何学的に前記ブロック領域内に前記体積計測対象物が存在する領域の前記基準線の長さを計算する基準線長計算手段と、
この基準線長計算手段により求められた前記基準線の長さに前記ブロック領域の前記基準線に沿う断面の面積を乗じることにより、前記ブロック領域内に含まれる前記体積計測対象物の体積を計算し、さらに計算した各ブロック領域内の体積のうち所要の体積を加算することにより前記体積計測対象物の所要の領域の体積を計算する体積計算手段と、
を具備していることを特徴とする画像処理による体積計測システム。
【請求項２】
仮想的なブロック領域およびこのブロック領域内部に基準線を設定するブロック領域設定手段と、
体積計測対象物に向けて配設されるカメラと、
このカメラの焦点位置を調整して変化させる焦点位置調整機構と、
この焦点位置調整機構を制御する焦点位置制御手段と、
前記体積計測対象物の表面と前記基準線との交点にカメラの焦点を合わせたときの焦点距離を測定する焦点距離センサと、
この焦点距離センサから測定した焦点距離を入力する焦点距離入力手段と、
前記焦点距離入力手段により入力された前記焦点距離から前記カメラと前記体積計測対象物との相対的な位置関係に基づいて幾何学的に前記ブロック領域内に前記体積計測対象物が存在する領域の前記基準線の長さを計算する基準線長計算手段と、
この基準線長計算手段により求められた前記基準線の長さに前記ブロック領域の前記基準線に沿う断面の面積を乗じることにより、前記ブロック領域内に含まれる前記体積計測対象物の体積を計算し、さらに計算した各ブロック領域内の体積のうち所要の体積を加算することにより前記体積計測対象物の所要の領域の体積を計算する体積計算手段と、
を具備していることを特徴とする画像処理による体積計測システム。
【請求項３】
前記焦点位置調整機構は、前記カメラの前記体積計測対象物に対する角度を調整するカメラ角度調整機構を具備していることを特徴とする請求項１または２記載の画像処理による体積計測システム。
【請求項４】
前記焦点位置調整機構は、前記カメラの前記体積計測対象物に対する相対的な位置を変化させるカメラ位置移動機構を具備していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像処理による体積計測システム。
【請求項５】
前記カメラの焦点を前記基準線に沿って移動させることにより前記体積計測対象物の表面と前記基準線との交点にカメラの焦点を合わせる焦点位置検出手段を具備していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像処理による体積計測システム。
【請求項６】
前記カメラの位置の焦点を前記基準線上に移動させてフォーカスすることにより前記体積計測対象物の表面と前記基準線との交点にカメラの焦点を合わせる焦点位置検出手段を具備していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像処理による体積計測システム。
【請求項７】
仮想的なブロック領域およびこのブロック領域内部に基準線を設定するステップと、
体積計測対象物に向けて配設されるカメラの焦点位置を調整して変化させる焦点位置調整機構を制御するステップと、
前記体積計測対象物の表面と前記基準線との交点にカメラの焦点を合わせたときの焦点距離を入力するステップと、
前記焦点距離から前記カメラと前記体積計測対象物との相対的な位置関係に基づいて幾何学的に前記ブロック領域内に前記体積計測対象物が存在する領域の前記基準線の長さを計算するステップと、
求められた前記基準線の長さに前記ブロック領域の前記基準線に沿う断面の面積を乗じることにより、前記ブロック領域内に含まれる前記体積計測対象物の体積を計算し、さらに計算した各ブロック領域内の体積のうち所要の体積を加算することにより前記体積計測対象物の所要の領域の体積を計算するステップと、
を具備していることを特徴とする画像処理による体積計測方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばごみピット内に堆積したごみ等の体積計測対象物の体積を計測する画像処理による体積計測システムとその方法に関する。
【従来の技術】
従来、形状が不定形な物体の体積を計測する技術としてごみ計測装置が提案される（例えば特許文献１参照）。
従来のごみ計測装置は、ごみ焼却炉に２台のカメラ装置を固定し、これらカメラ装置によりごみ焼却炉内の火格子上に堆積したごみの赤外線画像を撮影することによりごみの稜線および頂点の位置を抽出し、さらに抽出した３つの頂点で形成される三角形を１つの面とする角柱の体積を幾何学的に計算することにより、ごみの体積を計算するものである。
【特許文献１】
特開２００２−１３０６４０号公報（第１頁−第６頁、図１−図７参照）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のごみ計測装置においては、より正確かつ簡易な構成および方法によりごみの体積を計測することができない。
すなわち、従来のごみ計測装置は、ごみを全体に亘って撮影し得る位置に２台のカメラを配設する必要があるため、配置位置の十分な検討が必要となるとともにカメラの配設位置が制限される一方、場合によっては十分な精度でごみ全体を撮影できない場合ある。さらに、従来のごみ計測装置におけるごみの体積計測は、ごみの稜線を画像処理によって検出して計算するため、体積計測の精度は予め設定されたカメラの配置位置と画像処理の精度に依存し、精度を向上させあるいは適切な精度によりごみの体積を計測することができない。
このため、例えばごみピット内に不均一に堆積したごみの体積を計測する場合には、実際には超音波式レベル計によりごみピット内のごみのレベルを計測することによりごみの体積を計算する方法が実施されている。
しかし、超音波がごみピットの壁にあたると乱反射し、かつ超音波は干渉するため超音波式レベル計を移動することができない。このため、ごみのある１点についてのレベルの計測値に基づいてごみの体積とともにごみピットの残容量を計算することとなり誤差が発生していた。
一方、ごみの体積を見積もるために、ごみピット内に残留するごみの重量に搬入したごみの重量を加算し、かつ搬出したごみの重量を減算した値にごみの水分重量比とごみの見掛け密度の逆数を乗じてごみの体積とともにごみピットの残容量を計算する方法が実施されている。
しかし、ごみの見掛け密度は経験的な概略固定値であり正確なごみの体積を得ることはできない。
このため、超音波式レベル計によるごみのレベル計測あるいはごみの見掛け密度に基づく計算方法によりごみの体積を計測した場合には誤差が発生し、プラントオペレータが目視により経験的にごみの体積を概略的に修正する必要があった。
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、例えばごみ等の不定形状の体積計測対象物の体積を、より高精度かつ簡易な方法により測定することが可能な画像処理による体積計測システムとその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の目的を達成するために、次のように構成される。
すなわち請求項１に係る発明は、仮想的なブロック領域およびこのブロック領域内部に基準線を設定するブロック領域設定手段と、体積計測対象物に向けて配設されるカメラの焦点位置を調整して変化させる焦点位置調整機構を制御する焦点位置制御手段と、前記体積計測対象物の表面と前記基準線との交点にカメラの焦点を合わせたときの焦点距離を測定する焦点距離センサから測定した焦点距離を入力する焦点距離入力手段と、前記焦点距離入力手段により入力された前記焦点距離から前記カメラと前記体積計測対象物との相対的な位置関係に基づいて幾何学的に前記ブロック領域内に前記体積計測対象物が存在する領域の前記基準線の長さを計算する基準線長計算手段と、この基準線長計算手段により求められた前記基準線の長さに前記ブロック領域の前記基準線に沿う断面の面積を乗じることにより、前記ブロック領域内に含まれる前記体積計測対象物の体積を計算し、さらに計算した各ブロック領域内の体積のうち所要の体積を加算することにより前記体積計測対象物の所要の領域の体積を計算する体積計算手段と、を具備していることを特徴とする画像処理による体積計測システムである。
請求項２に係る発明は、仮想的なブロック領域およびこのブロック領域内部に基準線を設定するブロック領域設定手段と、体積計測対象物に向けて配設されるカメラと、このカメラの焦点位置を調整して変化させる焦点位置調整機構と、この焦点位置調整機構を制御する焦点位置制御手段と、前記体積計測対象物の表面と前記基準線との交点にカメラの焦点を合わせたときの焦点距離を測定する焦点距離センサと、この焦点距離センサから測定した焦点距離を入力する焦点距離入力手段と、前記焦点距離入力手段により入力された前記焦点距離から前記カメラと前記体積計測対象物との相対的な位置関係に基づいて幾何学的に前記ブロック領域内に前記体積計測対象物が存在する領域の前記基準線の長さを計算する基準線長計算手段と、この基準線長計算手段により求められた前記基準線の長さに前記ブロック領域の前記基準線に沿う断面の面積を乗じることにより、前記ブロック領域内に含まれる前記体積計測対象物の体積を計算し、さらに計算した各ブロック領域内の体積のうち所要の体積を加算することにより前記体積計測対象物の所要の領域の体積を計算する体積計算手段と、を具備していることを特徴とする画像処理による体積計測システムである。
請求項３に係る発明は、前記焦点位置調整機構は、前記カメラの前記体積計測対象物に対する角度を調整するカメラ角度調整機構を具備していることを特徴とする請求項１または２記載の画像処理による体積計測システムである。
請求項４に係る発明は、前記焦点位置調整機構は、前記カメラの前記体積計測対象物に対する相対的な位置を変化させるカメラ位置移動機構を具備していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像処理による体積計測システムである。
請求項５に係る発明は、前記カメラの焦点を前記基準線に沿って移動させることにより前記体積計測対象物の表面と前記基準線との交点にカメラの焦点を合わせる焦点位置検出手段を具備していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像処理による体積計測システムである。
請求項６に係る発明は、前記カメラの位置の焦点を前記基準線上に移動させてフォーカスすることにより前記体積計測対象物の表面と前記基準線との交点にカメラの焦点を合わせる焦点位置検出手段を具備していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像処理による体積計測システムである。
請求項７に係る発明は、仮想的なブロック領域およびこのブロック領域内部に基準線を設定するステップと、体積計測対象物に向けて配設されるカメラの焦点位置を調整して変化させる焦点位置調整機構を制御するステップと、前記体積計測対象物の表面と前記基準線との交点にカメラの焦点を合わせたときの焦点距離を入力するステップと、前記焦点距離から前記カメラと前記体積計測対象物との相対的な位置関係に基づいて幾何学的に前記ブロック領域内に前記体積計測対象物が存在する領域の前記基準線の長さを計算するステップと、求められた前記基準線の長さに前記ブロック領域の前記基準線に沿う断面の面積を乗じることにより、前記ブロック領域内に含まれる前記体積計測対象物の体積を計算し、さらに計算した各ブロック領域内の体積のうち所要の体積を加算することにより前記体積計測対象物の所要の領域の体積を計算するステップと、を具備していることを特徴とする画像処理による体積計測方法である。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。尚、添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
図１は本発明の第１の一実施形態に係る画像処理による体積計測システム１の構成を示す正面図、図２は図１で示すごみピット６の上面図、図３は図１で示す体積計測装置４の機能ブロック図である。
図１に示すように画像処理による体積計測システム１は、焦点位置調整機構が具備するカメラ角度調整機構の一例である旋回台２とこの旋回台２に旋回駆動可能に設けられたカメラの一例であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）カメラ３および体積計測装置４とを有する一方、体積計測システム１による体積計測対象物の一例であるごみ５は、例えば、底面が平面である容器状のごみピット６内に堆積している。
そして、体積計測システム１は、そのＣＣＤカメラ３がごみ５に向かうように、旋回台２をごみピット６の開口部に面した任意の部位、例えばごみピット６が設置されている部屋の天井７に配設する。
ただし、ごみピット６は、閉空間に設置されている必要はなく屋外や工場等の広い空間内に設定されていてもよい。このため、所要の場所に旋回台固定用のフレームを設け、このフレームに旋回台２を固定してもよい。
また、体積計測装置４は、ブロック領域設定手段４ａ、焦点位置制御手段４ｂ、焦点位置検出手段４ｃ、焦点距離入力手段４ｄ、基準線長計算手段４ｅおよび体積計算手段４ｆを具備している。
ブロック領域設定手段４ａは、ごみ５を仮想的な複数のブロック領域８に区分けする機能と区分けした各ブロック領域８内を通る基準線９を設定する機能とを有する。例えば、ブロック領域設定手段４ａは、ごみピット６の底面を複数の四角形に分割し、これら四角形を底面としてごみピット６の底面に垂直な方向を高さ方向とする複数の角柱状のブロック領域８に区分けする。さらに、ブロック領域設定手段４ａは、区分けされた各ブロック領域８に、例えば各ブロック領域８の底面上の任意の点を始点として各ブロック領域８の高さ方向と平行に延びる基準線９を設定する。
さらに、ブロック領域設定手段４ａは、設定したブロック領域８と基準線９の位置や形状等の幾何学情報のうち必要な情報を焦点位置制御手段４ｂ、基準線長計算手段４ｅおよび体積計算手段４ｆに与える機能を有する。
また、旋回台２は、ＣＣＤカメラ３の角度を調整して所要の角度でごみ５に向ける機能を有する。そして、旋回台２を駆動させることによりＣＣＤカメラ３の焦点位置を調整して変化させることができる。
ＣＣＤカメラ３は、焦点距離を測定できる焦点距離センサを内蔵したオートフォーカス機能を具備している。焦点距離センサはＣＣＤカメラ３の焦点距離を測定すると、測定した焦点距離を焦点距離入力手段４ｄに与える機能を有する。
焦点位置制御手段４ｂは、ブロック領域設定手段４ａから受けた基準線９の位置情報に基づいて旋回台２を制御してＣＣＤカメラ３の焦点を所要の位置に設定しさらに移動させる機能を有する。そして、焦点位置制御手段４ｂは、旋回台２を制御することによりＣＣＤカメラ３の焦点を基準線９に沿って移動させてスキャンさせることができる。
焦点位置検出手段４ｃは、ＣＣＤカメラ３の焦点を基準線９に沿って移動させた際、ＣＣＤカメラ３の焦点があったときの焦点の位置を検出する機能と検出した焦点位置情報を焦点距離入力手段４ｄに与える機能とを有する。すなわち、ＣＣＤカメラ３の焦点の位置が各ブロック領域８内のごみ５の表面と各ブロック領域８の基準線９との交点となったときにＣＣＤカメラ３の焦点が合うことになる。このため、ＣＣＤカメラ３の焦点があったときの焦点の位置を検出することにより各ブロック領域８内のごみ５の表面の位置を知ることができる。
焦点距離入力手段４ｄは、焦点位置検出手段４ｃから受けた焦点位置情報におけるＣＣＤカメラ３の焦点距離すなわちごみ５の表面と基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ａ１を焦点距離センサから受けて基準線長計算手段４ｅに与える機能を有する。
基準線長計算手段４ｅは、焦点距離入力手段４ｄから受けたごみ５の表面と基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ａ１とブロック領域設定手段４ａから受けた基準線９の位置情報とに基づいて幾何学的に各ブロック領域８内のごみ５が存在する領域における基準線９の長さａ２すなわち各ブロック領域８内のごみ５のレベルを計算する機能と計算したごみ存在領域の基準線９の長さａ２を体積計算手段４ｆに与える機能とを有する。
すなわち基準線長計算手段４ｅは、各ブロック領域８内のごみ５の表面と各ブロック領域８の基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ａ１および各ブロック領域８の基準線９からＣＣＤカメラ３までの距離ａ３から各ブロック領域８内のごみ５の表面と各ブロック領域８の基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ａ４を求め、求めた距離ａ４とＣＣＤカメラ３から各ブロック領域８の底面までの距離ａ５との差をとることにより幾何学的に各ブロック領域８内にごみ５が存在する領域における基準線９の長さａ２すなわち各ブロック領域８内のごみ５のレベルを計算する。
体積計算手段４ｆは、基準線長計算手段４ｅから受けた各ブロック領域８内のごみ存在領域の基準線９の長さａ２とブロック領域設定手段４ａから受けたブロック形状情報とに基づいて各ブロック領域８内のごみ５の体積を計算する機能と、計算した各ブロック領域８内の各ごみ５の体積を加算してごみピット６内全体あるいは所要区域のごみ５の体積を計算する機能とを有する。
すなわち、体積計算手段４ｆは、各ブロック領域８内のごみ存在領域の基準線９の長さａ２に各ブロック領域８の基準線９に沿う断面の面積を乗じることにより各ブロック領域８内のごみ５の体積を計算し、さらに計算した各ブロック領域８内の各ごみ５の体積を加算してごみピット６内全体あるいは所要区域のごみ５の体積を計算することができる。
次に、画像処理による体積計測システム１におけるごみ５の体積計測の流れを図４に基づいて説明する。
図４は、図１で示す画像処理による体積計測システム１によるごみ５の体積計測の流れを示すプロセスフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
まずＳ１で、ブロック領域設定手段４ａは、ごみ５を仮想的なＮ個のブロック領域８に区分けするとともに区分けした各ブロック領域８内を通る基準線９を設定する。そして、ブロック領域設定手段４ａは、設定したブロック領域８と基準線９の位置や形状等の幾何学情報のうち必要な情報を焦点位置制御手段４ｂ、基準線長計算手段４ｅおよび体積計算手段４ｆに与える。
次にＳ２では、焦点位置制御手段４ｂが、ブロック領域設定手段４ａから受けた基準線９の位置情報に基づいて旋回台２を制御してＣＣＤカメラ３の焦点をｎ番目（１≦ｎ≦Ｎ）の（始めは１番目の）ブロック領域８の基準線９に沿って移動させてスキャンさせる。
そしてＳ３では、焦点位置検出手段４ｃがＣＣＤカメラ３の焦点を基準線９に沿って移動させた際、ＣＣＤカメラ３の焦点があったときの焦点の位置を検出し、検出した焦点位置についての情報を焦点距離入力手段４ｄに与える。そして、このとき焦点距離センサは、ＣＣＤカメラ３の焦点があったときの焦点距離を測定する。さらに、焦点距離入力手段４ｄは、焦点位置検出手段４ｃから受けた焦点位置情報におけるＣＣＤカメラ３の焦点距離すなわちごみ５の表面と基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ａ１を焦点距離センサから受けて基準線長計算手段４ｅに与える。
そしてＳ４では、基準線長計算手段４ｅが、焦点距離入力手段４ｄから受けたごみ５の表面と基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ａ１とブロック領域設定手段４ａから受けた基準線９の位置情報とに基づいて幾何学的にブロック領域８内のごみ５が存在する領域における基準線９の長さａ２すなわちブロック領域８内のごみ５のレベルを計算する。
すなわち基準線長計算手段４ｅは、ブロック領域８内のごみ５の表面とブロック領域８の基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ａ１およびブロック領域８の基準線９からＣＣＤカメラ３までの距離ａ３からブロック領域８内のごみ５の表面とブロック領域８の基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ａ４を求め、求めた距離ａ４とＣＣＤカメラ３からブロック領域８の底面までの距離ａ５との差をとることにより幾何学的にブロック領域８内にごみ５が存在する領域における基準線９の長さａ２すなわちブロック領域８内のごみ５のレベルを計算する。
また、基準線長計算手段４ｅは、計算したごみ存在領域の基準線９の長さａ２を体積計算手段４ｆに与える。
さらにＳ５では、体積計算手段４ｆが基準線長計算手段４ｅから受けたブロック領域８内のごみ存在領域の基準線９の長さａ２とブロック領域設定手段４ａから受けたブロック形状情報とに基づいてｎ番目のブロック領域８内のごみ５の体積を計算する。
すなわち、体積計算手段４ｆは、ブロック領域８内のごみ存在領域の基準線９の長さａ２にブロック領域８の基準線９に沿う断面の面積を乗じることによりｎ番目のブロック領域８内のごみ５の体積を計算する。
そしてＳ６では、体積計算手段４ｆが既にごみ５の体積計算を実行したブロック領域８の番号ｎが分割したブロック領域８の総数Ｎよりも小さいか否かを判断する。この結果、体積計算を実行したブロック領域８の番号ｎが分割したブロック領域８の総数Ｎよりも小さい場合には、ｎ＋１番目のブロック領域８について再び焦点位置制御手段４ｂが、ブロック領域設定手段４ａから受けた基準線９の位置情報に基づいて旋回台２を制御してＣＣＤカメラ３の焦点をｎ＋１番目（２≦ｎ＋１≦Ｎ）のブロック領域８の基準線９に沿って移動させてスキャンさせ、Ｓ２からＳ６までの動作を繰り返す。
一方、体積計算を実行したブロック領域８の番号ｎが分割したブロック領域８の総数Ｎよりも小さくない、すなわち等しい場合には、Ｓ７において、体積計算手段４ｆが１番目からＮ番目までのブロック領域８内におけるごみ５の各体積を加算する。この結果、ごみピット６内のごみ５の体積を得ることができる。
すなわち、画像処理による体積計測システム１は、ＣＣＤカメラ３をごみ５に角度調整ができるように配設する一方、ごみ５を複数の仮想的なブロック領域８に分割し、ＣＣＤカメラ３の焦点を各ブロック領域８内に設定した基準線９上を移動させて、焦点が合うときのＣＣＤカメラ３の幾何学的な位置関係から各ブロック領域８内のごみ５の体積を計算する構成である。そして、計算して得られた各ブロック領域８内のごみ５の体積を加算して、ごみピット６内のごみ５の体積を計算する構成である。
画像処理による体積計測システム１は、ブロック領域８のサイズを小さくしてごみ５の分割量を多く設定することにより、ごみピット６内に堆積したごみ５の体積の計測精度をより適切な任意の精度に向上させることができる。また、ＣＣＤカメラ３の焦点位置を移動させることができるため、ＣＣＤカメラ３の配設位置を比較的自由に設定することができるとともに、ごみ５を全体に亘って撮影することが容易となる。
このため、画像処理による体積計測システム１によれば、ごみ５の体積を適切な精度でより正確に計測してその体積量およびごみピット６の残容量を把握することができる。さらに、従来必要であったプラントオペレータによるごみ５の体積計測値の補正作業が不要となり、作業労力を低減させてより簡易に所要の精度でごみ５の堆積を計測することができる。
そして、例えばプラント等の廃棄物焼却施設の操業計画、ごみピット６へのごみ５の搬出あるいは搬入計画、ごみ５の焼却計画を適切に行うことが可能となるのみならず、ＣＣＤカメラ３をごみピット６のＩＴＶ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）監視カメラとして利用することもできる。
また、画像処理による体積計測システム１においては、ＣＣＤカメラ３は１台のみの構成によりごみ５の体積を計測することができるため、システム構成をより簡易な構成とすることができる。
図５は本発明の第２の一実施形態に係る画像処理による体積計測システム１Ａの構成を示す正面図、図６は図５で示すごみピット６の上面図、図７は図５で示す体積計測装置１１の機能ブロック図である。
図５に示すように画像処理による体積計測システム１Ａは、カメラ位置移動機構１０とこのカメラ位置移動機構１０に所定の方向に移動可能に設けられたＣＣＤカメラ３および体積計測装置１１を具備する一方、体積計測システム１Ａによる体積計測対象物であるごみ５は、例えば、底面が平面である容器状のごみピット６内に堆積している。
そして、体積計測システム１Ａは、そのＣＣＤカメラ３が例えばごみピット６底面に垂直な向きで、ごみ５に向かうようにカメラ位置移動機構１０をごみピット６の開口部に面した任意の部位、例えばごみピット６が設置されている部屋の天井７に配設する。
ただし、ごみピット６は、閉空間に設置されている必要はなく屋外や工場等の広い空間内に設定されていてもよい。このため、所要の場所にカメラ位置移動機構１０吊設用のフレームを設け、このフレームにカメラ位置移動機構１０を移動可能に設けてもよい。また、ＣＣＤカメラ３を斜方向からごみ５に向かうように設けてもよい。
また、体積計測装置１１は、ブロック領域設定手段１１ａ、焦点位置制御手段１１ｂ、焦点位置検出手段１１ｃ、焦点距離入力手段１１ｄ、基準線長計算手段１１ｅおよび体積計算手段１１ｆを具備している。
ブロック領域設定手段１１ａ、ＣＣＤカメラ３は、第１の実施形態におけるブロック領域設定手段４ａ、ＣＣＤカメラ３と同様の機能を有するため説明を省略する。
また、カメラ位置移動機構１０は、ＣＣＤカメラ３を所要の位置に移動させる機能を有する。例えばカメラ位置移動機構１０は、ＣＣＤカメラ３を水平方向に移動させて所要の位置に移動させることができる。
ただし、カメラ位置移動機構１０の移動方向は水平方向に限らず、斜め方向であってもよくＣＣＤカメラ３の焦点方向への移動でなければ任意である。
焦点位置制御手段１１ｂは、ブロック領域設定手段１１ａから受けた基準線９の位置情報に基づいてカメラ位置移動機構１０を制御してＣＣＤカメラ３の焦点を所要の位置に移動させる機能を有する。そして、焦点位置制御手段１１ｂによりカメラ位置移動機構１０を制御してＣＣＤカメラ３の焦点を基準線９上に移動させることができる。
焦点位置検出手段１１ｃは、ＣＣＤカメラ３の焦点を基準線９上に移動させ、ＣＣＤカメラ３が基準線９上においてフォーカスした際、焦点があったときの焦点位置を検出する機能と検出した焦点位置情報を焦点距離入力手段１１ｄに与える機能とを有する。すなわち、ＣＣＤカメラ３の焦点の位置が各ブロック領域８内のごみ５の表面と各ブロック領域８の基準線９との交点となったときにＣＣＤカメラ３の焦点が合うことになる。このため、ＣＣＤカメラ３の焦点があったときの焦点の位置を検出することにより各ブロック領域８内のごみ５の表面の位置を知ることができる。
焦点距離入力手段１１ｄは、焦点位置検出手段１１ｃから受けた焦点位置情報におけるＣＣＤカメラ３の焦点距離すなわちごみ５の表面と基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ｂ１を焦点距離センサから受けて基準線長計算手段４ｅに与える機能を有する。
基準線長計算手段１１ｅは、焦点距離入力手段１１ｄから受けたごみ５の表面と基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ｂ１とブロック領域設定手段１１ａから受けた基準線９の位置情報とに基づいて幾何学的に各ブロック領域８内のごみ５が存在する領域における基準線９の長さｂ２すなわち各ブロック領域８内のごみ５のレベルを計算する機能と計算したごみ存在領域の基準線９の長さｂ２を体積計算手段１１ｆに与える機能とを有する。
すなわち基準線長計算手段１１ｅは、各ブロック領域８内のごみ５の表面と各ブロック領域８の基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ｂ１とＣＣＤカメラ３から各ブロック領域８の底面までの距離ｂ３との差をとることにより各ブロック領域８内にごみ５が存在する領域における基準線９の長さｂ２すなわち各ブロック領域８内のごみ５のレベルを計算する。
体積計算手段１１ｆは、基準線長計算手段１１ｅから受けた各ブロック領域８内のごみ存在領域の基準線９の長さｂ２とブロック領域設定手段１１ａから受けたブロック形状情報とに基づいて各ブロック領域８内のごみ５の体積を計算する機能と、計算した各ブロック領域８内の各ごみ５の体積を加算してごみピット６内全体あるいは所要区域のごみ５の体積を計算する機能とを有する。
すなわち、体積計算手段１１ｆは、各ブロック領域８内のごみ存在領域の基準線９の長さｂ２に各ブロック領域８の基準線９に沿う断面の面積を乗じることにより各ブロック領域８内のごみ５の体積を計算し、さらに計算した各ブロック領域８内の各ごみ５の体積を加算してごみピット６内全体あるいは所要区域のごみ５の体積を計算することができる。
次に、画像処理による体積計測システム１Ａにおけるごみ５の体積計測の流れを図８に基づいて説明する。
図８は、図５で示す画像処理による体積計測システム１Ａによるごみ５の体積計測の流れを示すプロセスフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
まずＳ１０で、ブロック領域設定手段１１ａは、ごみ５を仮想的なＮ個のブロック領域８に区分けするとともに区分けした各ブロック領域８内を通る基準線９を設定する。そして、ブロック領域設定手段１１ａは、設定したブロック領域８と基準線９の位置や形状等の幾何学情報のうち必要な情報を焦点位置制御手段１１ｂ、基準線長計算手段１１ｅおよび体積計算手段１１ｆに与える。
次にＳ１１では、焦点位置制御手段１１ｂが、ブロック領域設定手段１１ａから受けた基準線９の位置情報に基づいてカメラ位置移動機構１０を制御してＣＣＤカメラ３の焦点をｎ番目（１≦ｎ≦Ｎ）の（始めは１番目の）ブロック領域８の基準線９上に移動させる。このときＣＣＤカメラ３は、基準線９上においてフォーカスする。
そしてＳ１２では、焦点位置検出手段１１ｃがＣＣＤカメラ３の焦点が基準線９上においてあったときの焦点の位置を検出し、検出した焦点位置についての情報を焦点距離入力手段１１ｄに与える。そして、このとき焦点距離センサは、ＣＣＤカメラ３の焦点があったときの焦点距離を測定する。さらに、焦点距離入力手段１１ｄは、焦点位置検出手段１１ｃから受けた焦点位置情報におけるＣＣＤカメラ３の焦点距離すなわちごみ５の表面と基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ｂ１を焦点距離センサから受けて基準線長計算手段１１ｅに与える。
そしてＳ１３では、基準線長計算手段１１ｅが、焦点距離入力手段１１ｄから受けたごみ５の表面と基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ｂ１とブロック領域設定手段１１ａから受けた基準線９の位置情報とに基づいてブロック領域８内のごみ存在領域における基準線９の長さｂ２すなわちブロック領域８内のごみ５のレベルを計算する。
すなわち基準線長計算手段１１ｅは、ブロック領域８内のごみ５の表面とブロック領域８の基準線９との交点からＣＣＤカメラ３までの距離ｂ１とＣＣＤカメラ３からブロック領域８の底面までの距離ｂ３との差をとることによりブロック領域８内にごみ５が存在する領域における基準線９の長さｂ２すなわちブロック領域８内のごみ５のレベルを計算する。
また、基準線長計算手段１１ｅは、計算したごみ存在領域の基準線９の長さｂ２を体積計算手段１１ｆに与える。
さらにＳ１４では、体積計算手段１１ｆが基準線長計算手段１１ｅから受けたブロック領域８内のごみ存在領域の基準線９の長さｂ２とブロック領域設定手段１１ａから受けたブロック形状情報とに基づいてｎ番目のブロック領域８内のごみ５の体積を計算する。
すなわち、体積計算手段１１ｆは、ブロック領域８内のごみ存在領域の基準線９の長さｂ２にブロック領域８の基準線９に沿う断面の面積を乗じることによりｎ番目のブロック領域内のごみ５の体積を計算する。
そしてＳ１５では、体積計算手段１１ｆが既にごみ５の体積計算を実行したブロック領域の番号ｎが分割したブロック領域８の総数Ｎよりも小さいか否かを判断する。この結果、体積計算を実行したブロック領域８の番号ｎが分割したブロック領域８の総数Ｎよりも小さい場合には、ｎ＋１番目のブロック領域８について再び焦点位置制御手段１１ｂが、ブロック領域設定手段１１ａから受けた基準線９の位置情報に基づいてカメラ位置移動機構１０を制御してＣＣＤカメラ３の焦点をｎ＋１番目（２≦ｎ＋１≦Ｎ）のブロック領域８の基準線９上に移動させて、Ｓ１１からＳ１５までの動作を繰り返す。
一方、体積計算を実行したブロック領域８の番号ｎが分割したブロック領域８の総数Ｎよりも小さくない、すなわち等しい場合には、Ｓ１６において、体積計算手段１１ｆが１番目からＮ番目までのブロック領域８内におけるごみ５の各体積を加算する。この結果、ごみピット６内のごみ５の体積を得ることができる。
すなわち、画像処理による体積計測システム１Ａは、ＣＣＤカメラ３をごみ５表面に向けて平行移動ができるように配設する一方、ごみ５を複数の仮想的なブロック領域８に分割し、ＣＣＤカメラ３の焦点を各ブロック領域８内におけるごみ５表面に合わせてその焦点距離ｂ１を測定することにより、各ブロック領域８内のごみ５の体積を計算する構成である。そして、計算して得られた各ブロック領域８内のごみ５の体積を加算して、ごみピット６内のごみ５の体積を計算する構成である。
画像処理による体積計測システム１Ａにおいては、ＣＣＤカメラ３の焦点方向をごみピット６の底面に垂直となるように設定すれば、焦点距離を測定する位置の数を無限に増やすことができるため、各ブロック領域８の大きさを無限に小さくしてより正確にごみピット６内に堆積したごみ５の量を計算して把握することができる。
また、体積計測システム１Ａにおいては、ＣＣＤカメラ３の向きが一定であるため、測定誤差をより低減させることができる。
このため、体積計測システム１Ａを例えばプラントから排出されたごみ５に対して使用すれば、ごみ５の体積を計測することにより、ごみピット６の収容可能残量を把握することが可能となり、プラントの操業計画を適切に行うことができる。
尚、体積計測対象物はごみ５に限らず、砂利、セメント、粘土等の形状が不定型な物、粉体あるいは粒状体の他、粘性が大きい液体、表面が曲面あるいは斜面をなす固体であってもよい。
また、ごみ５等の体積計測対象物は必ずしもごみピット６等の容器内に堆積している必要はなく、単に地上あるいは床等の任意の面上に堆積していてもよい。さらに、壁面や斜面に付着あるいは設けられた流線型の物体あるいは液体を体積計測対象物としてもよい。さらに、必ずしも体積計測対象物の全体の体積を測定する必要はなく、所定の領域における体積計測対象物の体積のみを測定してもよい。
また、堆積したごみ５等の体積計測対象物の底面は平面でなくても、予めＣＣＤカメラ３から底面の各点までの距離を計測して、この計測値に基づいて体積計測対象物の深さあるいは高さ等のレベルを求めることができる。
また、各ブロック領域８の横断面はその面積を計算することが可能であれば、四角形に限らず、三角形、六角形等の任意の形状としてもよい。さらに、各ブロックの形状は角柱に限らずテーパした錐体形状あるいは側面が曲面であっても、変化率が既知であり幾何学的に基準線９に沿った断面の面積を計算することが可能であればよい。
さらに、各ブロック領域８の基準線９は、幾何学的に各ブロック領域８の体積を計算することが可能な長さを得ることができれば、各ブロック領域８の底面に垂直である必要はなく所定の角度で傾く直線あるいは曲線であってもよい。例えば、曲管状の透明パイプ状容器内に堆積した体積計測対象物の体積を測定する場合に、パイプの中心軸を基準線９としてもよい。すなわち、基準線９の長さと断面積の関係とから体積計測対象物の体積を計算することができるブロック領域８形状であればよい。
また、十分な体積計測対象物の体積測定精度が得られればブロック領域８は複数個でなく単一であってもよい。
また、カメラは焦点までの距離を測定できればＣＣＤカメラ３に限らず、その他のカメラであってもよい。さらに、ＣＣＤカメラ３の駆動は自動制御ではなく手動による制御であってもよい。また、ＣＣＤカメラ３はオートフォーカス機能を内蔵していなくても、別途制御してフォーカスする構成としてもよい。
また、各実施形態における体積計測システム１、１Ａを複合的に構成して、ＣＣＤカメラ３を平行移動かつ旋回移動ができるように配設してもよく、さらに複数台のＣＣＤカメラ３を併用してもよい。
また、ＣＣＤカメラ３を基準線９と所定の角度をなして平行移動できるように構成してＣＣＤカメラ３の平行移動により基準線９上をスキャンさせて焦点距離を測定する方法としてもよい。
また、体積計測装置４、１１の配設位置は任意であり、ＣＣＤカメラ３、旋回台２あるいはカメラ位置移動機構１０と一体に構成してもよい。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像処理による体積計測システムとその方法によれば、体積計測対象物を複数の仮想的な任意のサイズのブロック領域に分割する一方、体積計測対象物に向けてカメラを配設し、配設したカメラの焦点位置を調整して各ブロック領域内における体積計測対象物の表面に焦点を合わせることにより体積計測対象物とカメラ間の距離を測定し、さらにこの測定値に基づいて幾何学的に体積計測対象物の体積を計算するため、より高精度かつ簡易に体積計測対象物の体積を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の一実施形態に係る画像処理による体積計測システムの構成を示す正面図。
【図２】図１で示すごみピットの上面図。
【図３】図１で示す体積計測装置の機能ブロック図。
【図４】図１で示す画像処理による体積計測システムによるごみの体積計測の流れを示すプロセスフローチャート。
【図５】本発明の第２の一実施形態に係る画像処理による体積計測システムの構成を示す正面図。
【図６】図５で示すごみピットの上面図。
【図７】図５で示す体積計測装置の機能ブロック図。
【図８】図５で示す画像処理による体積計測システムによるごみの体積計測の流れを示すプロセスフローチャート。
【符号の説明】
１  画像処理による体積計測システム
２  旋回台
３  ＣＣＤカメラ
４  体積計測装置
４ａ  ブロック領域設定手段
４ｂ  焦点位置制御手段
４ｃ  焦点位置検出手段
４ｄ  焦点距離入力手段
４ｅ  基準線長計算手段
４ｆ  体積計算手段
５  ごみ
６  ごみピット
７  天井
８  ブロック領域
９  基準線
１０  カメラ位置移動機構
１１  体積計測装置
１１ａ  ブロック領域設定手段
１１ｂ  焦点位置制御手段
１１ｃ  焦点位置検出手段
１１ｄ  焦点距離入力手段
１１ｅ  基準線長計算手段
１１ｆ  体積計算手段
【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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