JP3228603B2

JP3228603B2 - 画像監視装置とその使用方法

Info

Publication number: JP3228603B2
Application number: JP16413393A
Authority: JP
Inventors: 兆中村; 新也上町; 武彦菊池; 武石橋
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1993-06-07
Filing date: 1993-06-07
Publication date: 2001-11-12
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: JPH06347220A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、架空送電線へのクレ
−ン等重機の接近を監視するために、テレビカメラで撮
像した画像を特徴抽出し、距離を求めるようにした画像
監視装置に関する。例えば、送電線の近くで、クレ−ン
車を用いて高所での作業を行う場合がある。この場合、
クレ−ン車または、作業者が送電線に接触する惧れがあ
る。そこで、作業中、安全のために、送電線との距離を
監視している必要がある。従来は作業者の一人が常時送
電線を見張っており、危険がないかどうかを監視するよ
うにしていた。しかしそのようにすると、監視者は作業
に参加出来ないので無駄が多い。また、監視者が目を離
した瞬間に事故が発生する可能性がある。

【０００２】

【従来の技術】そこでテレビカメラで作業場所の周囲を
撮像し、画像処理して、送電線との距離を自動的に測定
し、安全かどうかを確かめるということが考えられる。
特願昭６３−２６００１８号は、このような目的に沿う
「異常接近検出装置」を与える。これは動的な接近検出
方法である。テレビカメラによって、鉄塔、送電線、ク
レ−ン車等を撮像する。送電線の周囲に危険の度合いに
応じた危険エリアを予め設定して置き、この中にクレ−
ン車が入ると異常接近と判定するのである。撮像した画
像をデジタル変換し、これをメモリに記憶させる。

【０００３】クレ−ン車がさらに送電線に近づくと、危
険エリア内のデジタル画像の画素信号が変化する。この
変化を濃度変化検出部で検出する。これによりクレ−ン
車の異常接近が検出される。送電線の周囲に複数の程度
の異なる危険エリアを設けておき、濃度変化の時間的な
先後関係によって、クレ−ン車の接近、離隔まで判定で
きる。そしてクレ−ン車が危険な程度に送電線に接近し
た時は、スピ−カ−から警報を出し作業者や運転者に知
らせる。

【０００４】特願平３−９８１９３号は、一直線上に並
べられた複数のカメラによって同じものを同時に撮像
し、それぞれにおいて、デジタル変換し、特徴点を抽出
し、同じ特徴点を各カメラで撮像した場合に成り立つべ
き関係式があるので、これを満たすか満たさないかの判
定を行い、正しい特徴点情報のみを用いてカメラと特徴
点の距離を計算するようにしている。この際、カメラか
らの距離の範囲を限定し、計算時間の短縮を計ってい
る。

【０００５】特願平３−９８１９４号も、一直線上に並
べられた複数のカメラによって、送電線、鉄塔、クレ−
ン車など同じものを同時に撮像し、それぞれにおいて、
デジタル変換し、特徴点抽出して、同じ特徴点を各カメ
ラで撮像した場合に成り立つ関係式を満たすか満たさな
いかの判定をして、正しい情報のみを用いて、カメラと
特徴点を求める。特徴点の時間微分を取って、これで残
った特徴点のみについて距離を計算する。これは動的な
特徴点のみに着目することにより、クレ−ン車の送電線
への異常接近を検出しようとするものである。

【０００６】前記２つの発明は、何れも複数の直線上に
並べたカメラにより対象を撮像し、共通の特徴点を検出
し、特徴点抽出が正しいかどうかを調べることにより誤
りを予め避けようとしている。しかも考慮すべき特徴点
を限定して計算の時間を短くしようとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】先に述べた、特願昭６
３−２６００１８号は、送電線の周囲に危険エリアを設
定し、この内部での画像の濃度変化により、クレ−ン車
の危険エリアへの接近を検出する。しかしこの方法は、
濃度の変化がクレ−ン車の移動による場合にのみ正しい
結果を与えることができる。その他の物体が偶移動して
濃度変化を引き起こすこともあるので、誤動作の可能性
がある。また、危険エリアを適正に設定しなければなら
ない。カメラの位置が危険エリアを正確に分断できると
ころにある必要がある。

【０００８】つまり危険エリアといっても三次元的に定
義されているのではなく、カメラから見た二次元的な投
影を観察するだけである。本質的に二次元的な動作であ
る。巧く危険エリアがカメラ内に位置しないと、危険エ
リアと安全エリアが重なるので、実際にクレ−ン車が危
険エリアにあるのか、安全なエリアにあるのか分からな
い。これはカメラによって撮像したものをそのまま二次
元画像として扱うからである。

【０００９】特願平３−９８１９３号、特願平３−９８
１９４号は、直線上に３以上のカメラを並べ、同一の特
徴点を３つ以上のカメラで撮像し、画面上の位置の間に
一定の関係が存在するかどうかを調べて、そのような関
係のないものを除き、同一特徴点であることを確かめて
から、特徴点までの距離、角度を求め三次元的な座標を
決めるものである。これは前述の二次元的な手法と全く
違う。三次元的に特徴点の位置を求める。送電線、鉄
塔、クレ−ン車などの位置を三次元的に定めることがで
きるので、これらの相互の距離を計算することができ
る。

【００１０】二つのカメラを使って距離測定するのは三
角測量といって昔から用いられる。これは同一の対象物
を二つのカメラで見ると、角度が異なるので、カメラ間
の距離とその角度とから、距離が分かるのである。似た
ような点が多数存在するため、２台のカメラでは対象物
の特徴点の同定をリアルタイムに行うことは難しいが、
３台以上では可能である。

【００１１】直線上に並べた３つ以上のカメラを使う方
法にはしかしなお次の難点がある。カメラが並ぶ直線に
平行な対象物は距離測定が出来ないということである。
カメラが水平に並んでいる場合、複数の水平な送電線を
これらによって観察しても、遠近の関係が分からない。
送電線の一点を特徴点として決定できればよいが、そう
でない場合は、遠近の違いすら分からない。距離測定は
勿論できない。反対に鉛直軸にそってカメラを並べた場
合は、電柱や鉄塔のように鉛直方向に並ぶ物体までの距
離を測定できない。

【００１２】つまりカメラの並ぶ基軸に平行な物体を対
象とする場合この物体までの距離を測定することができ
ない。本発明はこのような難点を解決し、任意の配置、
形状の物体の三次元位置を決定できるようにした画像監
視装置を提供することを第１の目的とする。送電線や鉄
塔の周囲に危険エリアを三次元的に設定し、クレ−ン車
の位置も三次元的に求め、クレ−ン車と送電線や鉄塔と
の距離を検出し、危険を回避できるようにした画像監視
装置を提供することが本発明の第２の目的である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は２本の直交する
軸に３以上のカメラを並べたカメラ群を用いる。これに
より同一の対象物を観察し、画面での位置の違いによ
り、対象物までの距離や方位を決めることができる。

【００１４】送電線のような水平の物体は、縦に並んだ
カメラ群により正確に位置決定できるし、鉄塔や電柱の
ように縦に延びる物体は横に並んだカメラ群により正確
に位置決定できる。

【００１５】対象物の特徴点の決定は、画像の濃淡の差
を利用する。濃淡の差は画像の濃度を微分することによ
って得られる。濃度変化の起こる方向と同一の方向に並
んだカメラ群により正確な位置決定をすることができ
る。

【００１６】また、送電線や鉄塔の廻りに危険エリアを
三次元的に設定しておき、クレ−ン車等が危険エリア内
にあるのかないのかを計算できるようにする。危険エリ
ア内にクレ−ン車が入ったときは、何らかの手段により
警告するようにする。

【００１７】

【作用】図１は本発明の構成を示す概略図である。カメ
ラ群が水平方向（ｙ方向）に３つ以上並んでいる。これ
をＣ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ 、……としている。別のカメラ群が
あってこれらは垂直に（ｚ方向）並んでいる。これらを
Ｄ₁ 、Ｄ₂ 、Ｄ₃ 、……とする。対象となる物体の一部
の点をＰとする。ここでは水平にｙ軸を、垂直にｚ軸を
取っている。カメラは全てｙｚ面に垂直なｘ軸方向に向
いている。カメラの中心視線が平行であるから、同一の
物体点に対する画像にある一定の関係が存在する。位置
測定にはこのような条件を設定してからなされる。

【００１８】全てのカメラに点Ｐの像ができる。同じ点
の像であるが、カメラの位置により像の位置が異なる。
カメラの画面は、レンズより後方の焦点距離ｆの位置に
できる。カメラの視線がｘ軸に平行であるから画面はｙ
ｚ面よりなる二次元平面である。画面の像の位置を位相
ということがある。

【００１９】カメラ群の中心軸線が平行であるので、水
平方向（ｙ軸）に並ぶカメラ群においてＰの像のｚ座標
は等しい。しかし、ｙ座標が異なる。ｙ座標の相違によ
って、物体Ｐのｙ座標が求められる。それと観測点（カ
メラ群の中心）からの距離も求まる。

【００２０】垂直方向（ｚ軸）に並ぶカメラ群におけ
る、物体Ｐの像はｙ座標が等しい。しかしカメラの高さ
によりｚ座標が異なる。ｚ座標の違いを利用して、物体
Ｐのｚ座標を正確に求めることができる。

【００２１】水平方向（ｙ方向）に並ぶカメラＣ₁ 、Ｃ
₂ 、Ｃ₃ 、…群によって、物体Ｐのｚ座標を求めること
ができない訳ではない。もちろんｚ座標を求めることが
できる。先に述べた、特願平３−９８１９３号、特願平
３−９８１９４号はこのようなカメラ配置で任意の物体
Ｐの三次元位置を決定することができる。水平に並ぶカ
メラ群Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ 、…の物体Ｐの像のｚ座標が共
通であると述べた。このｚ座標と、既に求められた距離
により、物体Ｐのｚ座標が求まる。

【００２２】このように対象が明確な点である場合は、
水平カメラ群だけの観測でも、点の位置を正確に決める
ことができる。しかし送電線のように水平に長い物体の
場合は、水平カメラ群に写る同一物体の特徴点を対応付
けるのは難しく、これに平行なカメラ群によっては距離
を正確に求めることができない。

【００２３】そこで本発明は、このように直交する２軸
に沿ってカメラ群Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃、…、Ｄ₁ 、Ｄ₂ 、
Ｄ₃ 、…を並べるのである。こうするとカメラ群が相補
的に働くので、どのような形状の対象物でも正確に三次
元的位置を決めることができるのである。

【００２４】まず直線上に並ぶカメラ群により、これと
平行な方向の物体の座標を正確に求めることができるこ
とを示す。水平方向（ｙ軸）に並ぶカメラ群Ｃ₁ 、Ｃ
₂ 、Ｃ₃ 、…は、物体のｙ座標を、鉛直方向に並ぶカメ
ラ群Ｄ₁ 、Ｄ₂ 、Ｄ₃ 、…は、物体のｚ座標を正確に決
めることができる。

【００２５】図２はｚ方向に並ぶカメラ群Ｄ₁ 、Ｄ₂ 、
Ｄ₃ 、…を例に示している。この図はｘｚ面の投影図で
あるから、ｙ座標は分からない。カメラＤ_j の原点から
の距離をｈ_j とする。物体Ｐのｘ座標、ｙ座標、ｚ座標
をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚで表現する。カメラはｘ方向を向
いているので、光軸と物体Ｐとカメラ中心を結ぶ直線の
なす角をα_j とする。カメラＤ_j の画面上の像の位置の
ｚ座標を位相ｖ_j という。画面はレンズよりｆだけ離れ
ているので、位相ｖ_j は、

【００２６】ｖ_j ＝ｆtan α_j （１）

【００２７】である。同じα_j は物体との関係において
次の関係をも満足する。

【００２８】ｈ_j −Ｚ＝Ｘtan α_j （２）

【００２９】この関係が全てのカメラＤ₁ 、Ｄ₂ 、Ｄ
₃ 、…について成立する。未知数がＸ、、Ｚ、α_j であ
る。ｈ_j は原点からのカメラの距離で初めから決まって
いる。ｖ _j は観測量である。任意の二つのカメラＤ_i 、
Ｄ_j について、上記の関係が成り立つので、

【００３０】（ｖ_i −ｖ_j ）／ｆ（ｈ_i −ｈ_j ）＝１／Ｘ（３）

【００３１】が成り立つ。（ｈ_i −ｈ_j ）ｆは予め分か
っている量である。（ｖ_i −ｖ_j ）は観測量である。従
って任意の二つのカメラの組み合わせにより、物体Ｐの
Ｘ座標が決まる。カメラが３以上あるので、二つのカメ
ラの組み合わせの数はかなり多い。カメラの数をｎとす
ると、組み合わせ数はｎ（ｎ−１）／２である。

【００３２】冗長性のある測定をしている。これは、特
徴点の同定を行い誤ったデ−タを捨てて精度の高い測定
をおこなうためである。たとえば隣接するカメラ間で上
記の式を作り、全ての組み合わせにおいて、Ｘの値が合
致するかどうかを確かめる。あるいは中心のカメラとそ
の他のカメラの間で上の式を作り、成立性を確かめるよ
うにしても良い。

【００３３】どのようにしても３つ以上のカメラを用い
る限り、特徴点の同定が正しいかどうかを確かめること
ができる。また、誤った特徴点を捨てた後は、これらの
式で求まるＸの平均値をＸとして採用することもできる
ので測定後の処理により精度を向上させることができ
る。

【００３４】例えば、隣接するカメラの距離が同一であ
る場合は、単位の距離をｈとして、隣接するカメラ間の
画像の位相をｖ_j 、ｖ_j+1 として、（ｎ−１）個の式、

【００３５】（ｖ_j −ｖ_j+1 ）／ｆｈ＝１／Ｘ（４）

【００３６】が成り立つ。カメラの数が５つの場合はこ
のような式が４つ成り立つ。許容誤差の範囲で全て同じ
数値を与えるならば、同じ特徴点を見ているということ
になる。これが食い違えば食い違ったものを除いて計算
を進める。これでカメラ群の含まれる面ｙｚに対する物
体Ｐの距離Ｘが求まる。高さは、位相ｖ_j をＸ／ｆ倍し
て求めることができる。これもカメラの数だけ求めるこ
とができる。さらにｙ座標はカメラＤ₁ 、Ｄ₂ 、Ｄ₃ 、
…の横方向の位相（これは等しい）から求めることがで
きる。

【００３７】以上の説明は、高さ方向（ｚ方向）にカメ
ラ群が並んでいる場合であるが、横方向に並んでいる場
合も同様である。この場合は、ｚ方向の像の位置すなわ
ち位相をｕ_m で表現し、カメラの原点からのｙ方向の位
置をｋ_m として、（３）と同様の式が成り立つ。

【００３８】（ｕ_m −ｕ_k ）／ｆ（ｋ_m −ｋ_k ）＝１／Ｘ（５）

【００３９】これによっても物体Ｐのカメラ面からの距
離Ｘを求めることができる。これから、物体Ｐのｙ座標
を位相ｕにＸ／ｆを乗ずることによって求めることがで
きる。またｚ座標も求められる。

【００４０】このように物体Ｐが点であれば、いずれの
カメラ群の列によっても、カメラ面からの垂直距離Ｘ
や、三次元的座標を求めることができる。しかしなが
ら、物体Ｐが線状の場合は、その線上での特徴点の位置
が決まり難いので、線に直交する方向に並ぶカメラ群を
用いて距離測定する。本発明の骨子の一つがここにあ
る。

【００４１】本発明はさらに危険物への物体の接近を監
視するものであるから、危険物の周囲に危険エリアを定
義する。図３は送電線の周りに危険エリアを設けた例を
示す。これは任意に決めることができるが送電線のよう
に線状のものの場合は、線から半径が幾らの範囲が危険
エリアであるというように決めることができる。危険エ
リアは従って、ある不等式によって定義できる。危険エ
リアは一つではなく図示するように２重に（危険エリア
Ｅ、危険エリアＦ）定義することもできる。

【００４２】その近傍にクレ−ン車があるが、クレ−ン
車の外形点について三次元的座標を求め、これらが危険
エリアの外にあるのか内側にあるのかを判定する。危険
エリアを定義する式が単純な場合はこれは簡単である。
クレ−ン車の部分の任意の点が、送電線からどれだけの
距離にあるかということが簡単に計算できるからであ
る。もちろんカメラ群から見える外形点にしか三次元的
座標を求めることができない。そこで監視カメラ群の設
置場所を工夫して、クレ−ン車と送電線の接近が良く見
える箇所に置くべきである。

【００４３】これは送電線の場合であるが、鉄塔のよう
に鉛直の物体の場合は危険エリアも縦に長い円筒形の空
間になる。さて画像処理について述べる。図４に概略を
示す。カメラで外部を観察し、画像を得るがこれは画素
毎の情報に分けられ、Ａ／Ｄ変換して、画素毎のデジタ
ル信号とする。画素は縦横にＮ×Ｍ個ならぶ画像の最小
単位であるが、たとえば５１２画素×１０２４画素とか
さまざまのカメラがある。画素デ−タを明暗の差により
特徴点抽出を行う。

【００４４】実際には孤立した特徴点があるのではなく
て、物体の外形にしたがって、特徴点が並ぶようにな
る。そして外形に従って同一の点を対応付けする。異な
るカメラでの同一点の像を対応させるのである。対応が
できると、その点の画面上の位置から前述の計算をし、
特徴点の同定を行う。さらに先述の計算法によってその
点の三次元的座標を求める。

【００４５】図６は画面を構成する画素の値を記憶する
フレ−ムメモリを示す。画素の値がｓビットである場
合、ｓビットのフレ−ムメモリを用いる。画素を縦横の
座標（ｕ，ｖ）で表す。画素の値をｇ_uvとする。画面の
左上からｇ₀₀、ｇ₁₀、……と並ぶ。横に（Ｉ＋１）画
素、縦に（Ｊ＋１）画素がある。カラ−画像であって
も、白黒画像であっても良い。これらの画素の値ｇを明
暗の程度に対応させる。物体があると、明暗の差が生ず
るので、物体の輪郭が分かる。

【００４６】図５で示すように、送電線Ｊ、鉄塔Ａ、
Ｂ、ビルＫなどがあるとする。送電線Ｊの近くにクレ−
ン車Ｃがあり、監視装置Ｍによってこれらを観察したと
仮定する。一つのカメラで見た特徴点画像は図７のよう
になる。多くのカメラで見ているので同様であるが少し
づつ異なる特徴点画像がカメラの数だけ得られる。

【００４７】特徴点というが物体が連続して存在するの
で特徴点も連続した曲線をなす。鉄塔の全ての線も特徴
点の集合であるし、送電線の線も特徴点の集合である。
ビルも特徴点の集合である。

【００４８】全ての物体においての全ての特徴点につい
て三次元的座標を計算するのであるが、対応付けが簡単
な特徴点と難しいものがある。鉄塔のてっぺんとかアン
テナの頂点、ビルのコ−ナ−、広告マークなどは対応付
けし易い。しかし鉄塔の特徴点は上下に一定の位置を与
え難い。送電線の場合は、横方向に同一であるから横方
向の位置を決め難い。

【００４９】しかし本発明ではこれは差し支えないこと
である。相補的に特徴点の定義し易いほうのカメラ群を
用いるからである。

【００５０】図８に示すように縦に延びる物体の場合
は、水平に並ぶカメラ群Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ 、…により距
離測定する。カメラ群軸と、物体の広がりが直交するの
で特徴点の同定が多少縦方向（ｚ方向に）にずれても画
面上で特徴点の像のｙ座標は殆ど異ならない。縦に延び
るものであるので、重要なのはｘ座標とｙ座標である。
画面上でのｙ座標を求めて、前述のような拘束条件の成
立性を確かめる。そして同一特徴点である（ｚ方向に多
少ずれていても構わない）ことが分かると、これからｘ
座標を求める。さらにｙ座標も求める。ｚ座標も求める
のであるが、これはカメラのｚ方向の位相ｖから求めら
れる。これは多少の誤差があっても差し支えない。

【００５１】図９に示すように横に延びる物体の場合
は、縦に並ぶカメラ群Ｄ₁ 、Ｄ₂ 、Ｄ₃ 、……によって
距離測定する。カメラ群軸と物体の広がりとが直交する
ので、特徴点の同定の際多少横にずれても良いのであ
る。重要なのはｘ座標とｚ座標である。それぞれのカメ
ラの画像において特徴点のｚ座標を求めて、前述の拘束
条件が成り立っているかどうかを調べる。そして成り立
っているものについて、ｘ座標の計算をし、さらにｚ座
標を求める。同様にｙ座標も求める。

【００５２】クレ−ン車のように輪郭線が折れ曲がって
おり特徴点の同定の容易であるものは、どちらのカメラ
群によっても特徴点の三次元的座標を正しく求めること
ができる。このような動作は時間的に繰り返す。全ての
輪郭線について座標が求まるとこれで終りというのでは
なく、同じ事を繰り返す。その間に動く物体もあるから
常に最新の位置情報を得るようにしなけれならない。

【００５３】このようにして、送電線、鉄塔、クレ−ン
車などの特徴点につき三次元的座標を求める。ところが
特徴点と明暗の濃度の差によって求めたものであるか
ら、連続した物体の輪郭線となる。つまり輪郭線上の点
の全てについて三次元的座標を求めることになる。カメ
ラの視野に入る部分しか座標を求めることができない
が、カメラの位置を適当なところに設定すれば、クレ−
ン車などと送電線、鉄塔などの最近接の点の間の距離を
常に監視できる。

【００５４】カメラの数が多く、特徴点の数が多くなれ
ばなるほど計算の時間が増える。そこで、計算時間を短
縮するために次のようにしても良い。一つは、クレ−ン
車の近くの範囲のみ、物体の特徴点の座標を求めるよう
にするのである。範囲を限定するので計算の時間を減ら
すことができる。空間的な制限を付ける手法としては、
カメラ群からの距離が一定範囲にあるものを選ぶように
しても良い。

【００５５】図１０はこのように監視装置からの距離に
よって対象となる領域を制限した例を示す。監視装置の
前面、垂直距離がａからｂまでの範囲のみを対象にす
る。これはクレ−ン車の存在する領域である。クレ−ン
車の安全を確保するのが目的であるので、クレ−ン車か
ら余りに離れた所まで監視する必要がないことによる。
図１０のように制限すると、図１１のように処理すべき
画像の中には送電線の一部とクレ−ン車しか存在しない
ようになる。こうすると範囲が限定されるので処理時間
が削減される。

【００５６】あるいは、クレ−ン車のように動くものが
危険なのであるから、時間微分を計算して動くものだけ
について、座標を求めるようにしてもよい。もちろん初
めに静止している送電線や鉄塔についてのデ−タを得て
輪郭線についての座標を求め危険エリアを設定した後で
ある。この後は静止したものについてのデ−タを更新す
る必要がない。

【００５７】

【実施例】図１２は本発明の実施例に係る画像監視装置
の概略斜視図である。この例ではカメラは３つ水平に並
び、縦に３つ並んでいる。合計５つである。これは最少
の場合である。もっと多くのカメラを利用することもで
きる。中央のカメラが上下左右のカメラ群に共通に含ま
れるが、そうでなくても良い。１群のカメラは架台６、
７によって互いに連結されている。カメラ群は雲台８に
乗っている。雲台８は三脚９によって支えられる。これ
は簡略化されたもので実際にはもっとしっかりした基台
を用いるのが良い。しかも基台と雲台の間で自在に旋回
できるようにするのが望ましい。

【００５８】カメラ群は視覚装置を構成するが、これは
適当な数のケ−ブルによりメインユニット１０と接続さ
れる。メインユニット１０は電源装置１１に繋がってい
る。また警報を発信するための、警報装置基地局１２が
メインユニットの近傍に設けられる。これが無線で警報
を送る。クレ−ン車などの近くには、警報装置移動局１
３があり、これが警報発報装置１４を備え、無線で送信
された警報を音声にしてクレ−ン車等の運転者、作業者
に知らせるようになっている。

【００５９】図１３は本発明の装置の概略の構成を示す
図である。これは大きく分けて、カメラ２０、画像計測
部２１、画像出力部２２、接近制限エリア更新部２３、
システム制御部２４、接近監視動作部２５、警報デ−タ
出力部２６、マンマシンインタフェ−ス部２７、２８、
警報装置２９などよりなる。カメラは先述のように直交
２軸にそって３つ以上のカメラを光軸が平行になるよう
に並べたものである。

【００６０】縦横に並ぶカメラ群全てで、一つの対象の
全ての特徴点を観測してもよいが、次のようにすると一
層効果的である。つまりＸ軸に平行に並ぶカメラ群では
Ｙ軸方向に並ぶ対象物を観測する。Ｙ軸に平行に並ぶカ
メラ群ではＸ軸に並ぶ対象物を観測する。つまり対象物
の長手方向と直交する方向に並ぶカメラ群を利用して対
象の位置を決定するのである。

【００６１】同一のことは一列のカメラ群によっても行
うことができる。水平方向にならぶカメラ群で初めに対
象を撮像し、次いでカメラ群を９０度回転させて垂直方
向に並ぶカメラ群として、同一の対象を撮像する。これ
で実質的に直交２軸に沿うカメラ群と同じことを行うこ
とが出来る。

【００６２】カメラ２０で重機（クレ−ン車）の周囲を
撮像する。カメラ毎に画像デ−タが得られる。これは縦
横の画素デ−タの集合である。アナログデ−タである。
画像デ−タを画像計測部２１に送る。画像計測部２１で
は、画像デ−タをＡ／Ｄ変換し、特徴点抽出をする。濃
度の階調により特徴点を定義できる。実際には物体が連
続した外形を持つので外形線が特徴点の集合となる。そ
れぞれの特徴点について各カメラで撮像したデ−タを画
像メモリに蓄積する。各カメラについて同様の事をす
る。同一特徴点についての異なるカメラ間でのデ−タを
用いて特徴点の三次元的座標を決定する。座標は全体の
監視装置を基準にした座標として求めることができる。

【００６３】画像計測部２１は、画像出力部２２に画像
デ−タを与える。画像出力部２２は画像デ−タをマンマ
シンインタフェ−ス部２７に出力する。接近制限エリア
更新部２３は、画像デ−タを受けて、送電線や鉄塔の回
りに接近制限エリアを設定する。たとえば送電線の場合
は距離が一定であるような円筒状の空間を接近制限エリ
アとする。接近監視動作部２５はクレ−ン車や送電線、
鉄塔の距離計測デ−タを画像計測部２１より受け取る。

【００６４】そしてクレ−ン車が送電線などの接近制限
エリア内に入ると、警報デ−タを発生する。警報デ−タ
は警報デ−タ出力部２６から警報装置２９に出力され
る。警報装置は既に述べているが、監視装置側の警報装
置基地局と，クレ−ン車の近くに置かれた警報装置移動
局からなっている。システム制御部２４は、画像計測部
２１、接近制限エリア更新部２３、接近監視動作部２
５、警報デ−タ出力部２６を制御する。

【００６５】次により具体的な条件の例を述べる。カメラ…４１万画素の分解能を持つ小形ＣＣＤカメラ
を４台備えるカメラユニットである。これを縦横に並べ
ている。合計８台のカメラを使っている。

【００６６】Ａ／Ｄ変換部…カメラからの映像を８ビ
ット２５６階調の輝度デ−タに変換する。

【００６７】特徴点抽出部…監視動作時は、輝度デ−
タに一次元空間微分フィルタを施してコントラストを算
出する。その値の大きなものを特徴点として出力する。
専用のＤＳＰを用いてビデオレ−トで処理する。

【００６８】画像メモリ…画像デ−タ、又は特徴点デ
−タをメモリする。

【００６９】画像計測部…初期設定時と接近監視時に
よって動作が異なる。初期設定時には、距離計測部では
送電線の距離計測を行う。接近監視時には、距離計測部
では重機の三次元的座標計測をする。これらの処理は、
各処理部のＣＰＵが平行して行う。

【００７０】接近制限エリア更新部、接近監視動作部
…初期設定時には、画像計測部で得られた送電線の三次
元座標を基に三次元的な危険エリアのデ−タベ−スを作
成する。接近監視動作時は、画像計測部より得られた物
体の三次元的座標と危険エリアの座標を比較し、接近状
態の危険度を判定する。

【００７１】システム制御部…カメラの架台旋回制
御、警報装置制御などを行う。マンマシニンタ−フェ−
ス部へデ−タを入出力する。初期設定時は画像計測部、
画像出力部への設定値の入出力を行う。接近監視動作時
は架台制御、警報装置の制御などを行う。例えば３２ビ
ットのパソコンを用いることができる。

【００７２】警報装置…警報装置基地局、警報装置移
動局、警報発報装置よりなる。以上の構成においてその作用を説明する。

【００７３】［初期設定時の動作］カメラを監視する方
向に向けて据え付ける。システムを起動させる。距離計
測用カメラの光軸調整を行う。送電線の電圧に基づいて
接近制限距離を決定しこれを入力する。モニタ画面上
で、各カメラ毎に送電線の一部をカ−ソルなどを用いて
指定する。

【００７４】画像処理部ではそれぞれの画像上で指定さ
れたエリア内で特徴点を抽出する。これらを基に画像全
体から送電線を抽出する。次に抽出された左右のカメラ
の送電線画像に対応付けを行う。そして異なる画面間で
の視差を求める。これから送電線の三次元座標を算出す
る。

【００７５】送電線近傍の空間を小領域に分割し、各領
域毎に、入力された危険エリアに基づいて危険度を求め
る。これを危険エリアデ−タべ−スとして作成する。

【００７６】［接近監視動作］距離計測用カメラの画像
上の物体の特徴点を抽出する。これら特徴点間の対応付
けを行う。対応点が分かるとこの三次元的座標を計算す
る。架台の旋回角度から、計測された物体の三次元的座
標を危険エリア作成時の座標系（基準座標系）に変換す
る。そして危険エリアのデ−タベ−スと比較して、物体
が危険エリア内にあるか否かを調べる。物体は危険エリ
ア内にある場合は危険度に応じた警報を出す。

【００７７】

【発明の効果】直交する二つのカメラ群により対象物を
観察し、同一の特徴点を求めて三次元的座標を決定す
る。対象物が水平に長い場合は鉛直方向のカメラ群を用
いて特徴点を決め、距離計測を正確に行うことができ
る。対象物が縦に長い場合は、水平方向のカメラ群を用
いて、距離計測を正確に行うことができる。三次元位置
の決定がより正確に行われる。危険エリアの設定も三次
元的に行えるので、送電線や鉄塔の近傍でのクレ−ン車
などの作業の安全性を向上する上で、極めて効果的であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示し縦横に３以上のカメラ群を
並べた撮像系の斜視図。

【図２】直線上に並ぶ複数のカメラによって、同じ物体
を観察した時の像の位置を示す概略図。

【図３】クレ−ン車が送電線の近傍で作業するとき送電
線の周囲に危険エリアを設定することを示す斜視図。

【図４】カメラで撮像したデ−タを画像処理する過程を
示すブロック図。

【図５】クレ−ン車が送電線の近くで作業している場合
の周囲の例を示す平面図。

【図６】カメラで撮像した画像をＡ／Ｄ変換した後、メ
モリに記憶させるメモリの構造を示す図。

【図７】図５の配置例をカメラにより撮像した画面の
例。

【図８】縦に延びる物体の場合に水平に並ぶカメラ群に
より距離計測する状態を示す斜視図。

【図９】横に延びる物体の場合に縦に並ぶカメラ群によ
り距離計測する状態を示す斜視図。

【図１０】カメラ群からの距離により距離測定の範囲を
限定した例を示す平面図。

【図１１】距離により測定範囲を限定した場合におい
て、カメラの画像処理をした後の例を示す図。

【図１２】本発明の実施例に係るカメラ群、処理装置、
警報装置などを示す斜視図。

【図１３】本発明の装置の機能を示す構成図。

【符号の説明】

１カメラ２カメラ３カメラ４カメラ５カメラ６架台８雲台９三脚１０メインユニット１１電源装置１２警報装置基地局１３警報装置移動局１４警報発報装置

フロントページの続き (72)発明者菊池武彦東京都千代田区内幸町一丁目１番３号東京電力株式会社内 (72)発明者石橋武東京都千代田区内幸町一丁目１番３号東京電力株式会社内 (56)参考文献特開平４−307309（ＪＰ，Ａ) 特開平５−45136（ＪＰ，Ａ) 特開平２−107904（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 3/00 - 3/32 G06T 1/00 G06T 7/00 G08B 25/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直線上に並べられ互いに平行な光軸を持
つ３以上のカメラ群と、その直線とほぼ直交する直線上
に並べられ互いに平行な光軸を持つ３つ以上のカメラ群
と、カメラで撮像された画像データを画素毎にＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換部と、画素の階調の変化により特徴点
を抽出する特徴点抽出部と、画素毎のデータを記憶する
画像メモリと、異なるカメラ間で特徴点を同定し、カメ
ラによって定義される三次元座標系における、特徴点の
三次元座標を計算する画像計測処理部と、送電線や鉄塔
等の危険物の近傍に三次元危険エリアを設定し、対象と
なる重機の座標を計算し三次元危険エリアにあるかどう
かを判定する危険度判定部と、危険度判定部のデータか
ら重機と危険物が接近し過ぎていることを知らせる警報
を発生する警報装置とを含むことを特徴とする画像監視
装置。
【請求項２】直線上に並べられ互いに平行な光軸を持
つ３以上のカメラ群Ａと、その直線とほぼ直交する直線
上に並べられ互いに平行な光軸を持つ３つ以上のカメラ
群Ｂと、カメラで撮像された画像データを画素毎にＡ／
Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、画素の階調の変化により特
徴点を抽出する特徴点抽出部と、画素毎のデータを記憶
する画像メモリと、異なるカメラ間で特徴点を同定し、
カメラによって定義される三次元座標系における、特徴
点の三次元座標を計算する画像計測処理部と、送電線や
鉄塔等の危険物の近傍に三次元危険エリアを設定し、対
象となる重機の座標を計算し三次元危険エリアにあるか
どうかを判定する危険度判定部と、危険度判定部のデー
タから重機と危険物が接近し過ぎていることを知らせる
警報を発生する警報装置とを含む画像監視装置におい
て、カメラ群Ａによりカメラ群Ａの並ぶ直線とほぼ直角
な配置をなす監視対象物を監視し、カメラ群Ｂによりカ
メラ群Ｂの並ぶ直線とほぼ直角な配置をなす監視対象物
を監視するようにしたことを特徴とする画像監視装置の
使用方法。