JP5243486B2 - ケーブル位置検出装置、ケーブル位置検出方法及びケーブル位置検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、カメラで撮影された画像からケーブルの位置を検出する技術に関する。

現在、街中の電柱には用途の異なる様々な種類のケーブル（非特許文献１参照）が張り巡らされている。そして、エンドユーザに対して安定的なサービスを提供するため、ケーブル品質検査が人手を介して定期的に行われている。

「電線」、［online］、フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』、［平成22年5月26日検索］、インターネット<URL : http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E7%B7%9A> ディジタル画像処理編集委員会、「ディジタル画像処理」、第2版、日本、財団法人 画像情報教育振興委員会（ＣＧ−ＡＲＴＳ協会）、2006年3月1日、p.49-57、64-68、279-282

しかしながら、従来の検査方法は、ケーブルに無人走行器を取り付けて監視する手法や、特殊な車両を用いて目視による状態監視が主流であるため、ケーブルの正常・異常状態を広域で監視するには多くの人手や時間を要して非効率であった。

また、ケーブルをカメラで撮影して取得した画像からケーブルの状態を検査する方法（非特許文献２参照）もあるが、ケーブル表面における色変化のみを監視できる程度であるため、ケーブル状態の監視レベルは低いものであった。また、図４に示すように、電柱や建物等の背景を含む画像からケーブルのみを検出することは困難であり、画像編集ツール等を用いてケーブルの黒色を指定しても背景が同時に検出されてしまうという問題もあった。

本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、カメラにより撮影された画像からケーブルを効率的に検出することを第１の課題とし、検出されたケーブルの劣化箇所を特定することを第２の課題とする。

請求項１に記載のケーブル位置検出装置は、可視カメラと赤外線カメラとによりそれぞれ撮影されたケーブルの可視画像と赤外線画像とを入力する画像入力手段と、入力された前記可視画像及び前記赤外線画像を記憶する画像記憶手段と、前記可視画像及び前記赤外線画像を前記画像記憶手段から読み出して、前記可視画像と前記赤外線画像との各画素の輝度の差分を計算して過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上の画素を抽出することにより、前記ケーブルの位置を検出する位置検出手段と、前記赤外線画像の輝度値を上方向・下方向・左方向・右方向の各方向にそれぞれ積分して前記検出されたケーブル位置でのヒストグラム分布曲線を生成し、前記ヒストグラム分布曲線において過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上で変化のある位置をケーブル欠損領域として検出する欠損領域検出手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、可視カメラと赤外線カメラとによりそれぞれ撮影されたケーブルの可視画像と赤外線画像とを入力し、可視画像と赤外線画像との各画素の輝度の相違量に基づいて、ケーブルの位置を検出するため、複雑な背景の影響を受けることなく、カメラにより撮影された画像からケーブルを高速かつ簡易に効率的に検出することができる。

本発明によれば、可視画像と赤外線画像との各画素の輝度の差分を計算し、過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上の画素を抽出することにより、ケーブルの位置を検出するため、複雑な背景の影響を受けることなく、カメラにより撮影された画像からケーブルを高速かつ簡易に効率的に検出することができる。

本発明によれば、赤外線画像の輝度値を上方向・下方向・左方向・右方向の各方向にそれぞれ積分して検出されたケーブル位置でのヒストグラム分布曲線を生成し、ヒストグラム分布曲線において過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上で変化のある位置をケーブル欠損領域として検出するため、検出されたケーブルの劣化箇所を特定することができる。

請求項２に記載のケーブル位置検出方法は、コンピュータにより、可視カメラと赤外線カメラとによりそれぞれ撮影されたケーブルの可視画像と赤外線画像とを入力するステップと、入力された前記可視画像及び前記赤外線画像を画像記憶手段に記憶するステップと、前記可視画像及び前記赤外線画像を前記画像記憶手段から読み出して、前記可視画像と前記赤外線画像との各画素の輝度の差分を計算して過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上の画素を抽出することにより、前記ケーブルの位置を検出するステップと、前記赤外線画像の輝度値を上方向・下方向・左方向・右方向の各方向にそれぞれ積分して前記検出されたケーブル位置でのヒストグラム分布曲線を生成し、前記ヒストグラム分布曲線において過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上で変化のある位置をケーブル欠損領域として検出するステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、可視カメラと赤外線カメラとによりそれぞれ撮影されたケーブルの可視画像と赤外線画像とを入力し、可視画像と赤外線画像との各画素の輝度の相違量に基づいて、ケーブルの位置を検出するため、複雑な背景の影響を受けることなく、カメラにより撮影された画像からケーブルを高速かつ簡易に効率的に検出することができる。

本発明によれば、可視画像と赤外線画像との各画素の輝度の差分を計算し、過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上の画素を抽出することにより、ケーブルの位置を検出するため、複雑な背景の影響を受けることなく、カメラにより撮影された画像からケーブルを高速かつ簡易に効率的に検出することができる。

本発明によれば、赤外線画像の輝度値を上方向・下方向・左方向・右方向の各方向にそれぞれ積分して検出されたケーブル位置でのヒストグラム分布曲線を生成し、ヒストグラム分布曲線において過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上で変化のある位置をケーブル欠損領域として検出するため、検出されたケーブルの劣化箇所を特定することができる。

請求項３に記載のケーブル位置検出プログラムは、請求項２に記載の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、カメラにより撮影された画像からケーブルを効率的に検出することができる。

ケーブル位置検出装置の機能ブロック構成を示す図である。 赤外線カメラ及び可視カメラで撮影された２つのケーブル画像と、位置検出部により計算された差分画像とを示す図である。 ケーブル欠損領域の検出法を説明する図である。 一般的なカメラにより撮影された観測画像の一例を示す図である。

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。但し、本発明は多くの異なる様態で実施することが可能であり、本実施の形態の記載内容に限定して解釈すべきではない。

図１は、本実施の形態に係るケーブル位置検出装置の機能ブロック構成を示す図である。このケーブル位置検出装置１は、画像入力部１１と、データ蓄積部１２と、ノイズ緩和部１３と、位置検出部１４と、連続性判断部１５と、欠損領域検出部１６と、検出結果表示部１７とで構成されている。

画像入力部１１は、可視カメラと赤外線カメラとにより日中の太陽光下で略同一時刻に略同一方向から略同一撮影範囲となるようにそれぞれ撮影されたケーブルの可視画像と赤外線画像との入力を受け付けて、ケーブル位置検出装置１の内部に入力する機能を有している。なお、光軸の設定が不要となるため、可視・赤外一体型カメラを利用して各画像を撮影することが好ましい。但し、被写体であるケーブルまでの撮影距離が遠い場合には誤差の範囲内とみなすことが可能であるため、各画像をそれぞれ撮影する２台のカメラを利用してもよい。

データ蓄積部１２は、画像入力部１１によって受付・入力された可視画像及び赤外線画像を読み出し可能に記憶する機能を有している。

ノイズ緩和部１３は、データ蓄積部１２から可視画像及び赤外線画像を取得し、それら各画像に含まれる環境外乱等のノイズ成分を取り除く機能を有している。例えば、想定されるノイズ成分に相当する輝度の閾値を予め設定しておき、その閾値よりも輝度値の低い画素（又は高い画素）については輝度レベルを強制的に下げる（又は上げる）ようにする。

位置検出部１４は、ノイズ緩和部１３によってノイズ成分が除去された後の可視画像と赤外線画像との各画素の輝度の相違量に基づいて、画像内におけるケーブルの位置を検出する機能を有している。撮影環境によってはノイズ成分量が微少であることも容易に想定されるため、データ蓄積部１２に蓄積されているノイズ成分除去前の画像を利用してもよい。位置検出部１４の処理については後述にて詳細を説明する。

連続性判断部１５は、赤外線画像の輝度値を水平方向及び／又は垂直方向に積分し、位置検出部１４により検出されたケーブル位置でのヒストグラム分布曲線を生成し、所定の閾値を基準にして、ヒストグラム分布曲線の連続性・不連続性を判断する機能を有している。連続性判断部１５の処理についても詳細を後述する。

欠損領域検出部１６は、連続性判断部１５によって不連続と判断された位置をケーブル欠損領域又はケーブル欠損候補領域として検出する機能を有している。なお、連続性判断部１５の処理結果に基づいて欠損領域を検出するため、技術的関係性の強い連続性判断部１５と欠損領域検出部１６とを１つの機能部とすることも当然に可能である。欠損領域検出部１６の処理についても詳細を後述する。

検出結果表示部１７は、位置検出部１４によって検出された画像内のケーブルの位置や、欠損領域検出部１６によって検出されたケーブルの欠損領域を、検出結果として画面に表示する機能を有している。

次に、位置検出部１４の処理について説明する。位置検出部１４は、前述したように、可視カメラによって撮影された可視画像や、赤外線カメラによって撮影された赤外線画像といった、同一被写体を略同一時刻で撮影した場合に輝度特性が異なる２枚の画像を利用してケーブルの位置を検出する。

ここで、両カメラの特性について説明する。赤外線カメラは、被写体の温度分布を計測するには適しているが、輝度の高い被写体の周辺には被写体から輻射熱の影響が出るため、その輪郭がぼやけてしまう（図２の赤外線画像参照）。一方、可視カメラは、被写体の見た目の状態を把握するには適しているが、環境外乱等のノイズの影響を受けやすく、被写体の輪郭が途切れてしまう（図２の可視画像参照）。

そこで、位置検出部１４は、双方のカメラの利点を利用して被写体であるケーブルの輪郭を検出する。太陽光の影響により、ケーブル自体が熱を有している。そのため、物体が発生する熱（赤外光）に対応する電磁波の放射が観測された赤外線画像を利用することができる。しかし、街中にはケーブルが複数本隣接している場合が多く、この画像のみからではケーブルの特定が難しい。そこで、可視画像を併用する。可視画像は視認できる可視光に対応する電磁波の反射を観測可能な画像であって、可視画像内には、頭上の太陽光により、ケーブル上部の照り返しや、ケーブル下部の陰影が写し出されている。

そして、可視画像と赤外線画像との各画素の輝度の差分の絶対値を計算して差分画像（図２の差分画像参照）を生成し、過去の計測結果に基づいて予め定めた閾値以上の画素を抽出する。これによりケーブルの輪郭が抽出され、街中の背景の影響を受けることなくケーブルの位置を検出することができる。

その他、各画像の各画素の輝度を１次微分してエッジ画像を生成し、生成された２枚のエッジ画像をそれぞれ２値化した後に差分画像を生成して、ケーブルの輪郭を抽出するようにしてもよい。

また、２枚の画像の特徴量（輝度値）の相違に基づいてケーブルの位置を検出するため、相違量の把握が可能であれば、輝度の差分計算に代えて、加算計算、乗算計算、除算計算、各種演算の組み合わせを利用するようにしてもよい。

次に、連続性判断部１５及び欠損領域検出部１６の処理について説明する。これら各機能部は、赤外線画像の利点を利用してケーブルの欠損箇所を検出する。赤外線画像は被写体の温度分布を示すため、破損のない正常なケーブルであれば、その温度分布は連続的となる。しかし、図３に示すように、ケーブルに欠損箇所がある場合には、その温度分布に不連続な部位が表れる。

そこで、検出ケーブル画像の四方に、赤外線画像の輝度値を上方向・下方向・左方向・右方向の各方向にそれぞれ積分してヒストグラム分布曲線を生成し、生成された各ヒストグラム分布曲線から、予め設定された閾値未満で変化のある位置と閾値以上で変化のある位置とを把握し、前者を連続な位置と判断し、後者を不連続な位置と判断する。なお、ここで利用される閾値は、過去の計測結果に基づいて、生成されたヒストグラム分布において急峻に変動する輝度積分値から予め設定されている。

その後、不連続と判断された位置をケーブル欠損領域として検出する。なお、ヒストグラム分布曲線は４つ生成してもよいが、単に欠損箇所の位置のみを把握したい場合には、１つ又は２つ（右方向及び上方向等）のヒストグラム分布曲線のみを利用してもよい。欠損箇所の把握レベルに応じて生成されるヒストグラム分布曲線数を変更することが望ましい。また、輝度積分値については、１次空間微分を利用するようにしてもよいし、閾値については、例えば１０〜２０を用いてもよい。

次に、ケーブル位置検出装置の動作について説明する。最初に、画像入力部１１により、可視カメラで撮影された可視画像と赤外線カメラで撮影された赤外線画像とが入力され、データ蓄積部１２に蓄積される（Ｓ１）。

次いで、ノイズ緩和部１３により、データ蓄積部１２から可視画像及び赤外線画像が取得され、各画像内に含まれるノイズ成分が取り除かれる（Ｓ２）。

次いで、位置検出部１４により、ノイズ成分除去後の可視画像と赤外線画像との各画素の輝度の差分の絶対値が計算され、所定の閾値以上の画像が抽出されることにより、画像内のケーブルの位置が検出される（Ｓ３）。

次いで、連続性判断部１５により、赤外線画像の輝度値が上方向・下方向・左方向・右方向の各方向にそれぞれ積分されてヒストグラム分布曲線が生成され、各ヒストグラム分布曲線から所定の閾値以上で変化のある位置が不連続な位置と判断される（Ｓ４）。

次いで、欠損領域検出部１６により、Ｓ４で不連続と判断された位置がケーブル欠損領域として検出される（Ｓ５）。

最後に、検出結果表示部１７により、Ｓ３で検出された画像内のケーブルの位置と、Ｓ５で検出されたケーブル欠損領域とが画面に表示される（Ｓ６）。

なお、本実施の形態では、可視カメラにより撮影された可視画像と赤外線カメラにより撮影された赤外線画像とを利用したが、被写体の輝度特性が異なる２枚の画像を利用してケーブルの位置を検出することを特徴としているため、異なる波長帯の電磁波の反射又は放射を観測する２種類のカメラによりそれぞれ撮影された２枚の画像を利用することも可能である。

また、本実施の形態で説明したケーブル位置検出装置１は、通信分野、非破壊検査分野、設備診断分野、実環境におけるモニタリングや画像センシング，映像製作等に関する産業分野に適用することが可能である。

また、本実施の形態で説明したケーブル位置検出装置１は、コンピュータで構成される。すなわち、データ蓄積部１２は、メモリ等の記憶手段で実現される。また、画像入力部１１と、ノイズ緩和部１３と、位置検出部１４と、連続性判断部１５と、欠損領域検出部１６と、検出結果表示部１７とは、ＣＰＵ等の演算手段で実現され、プログラムで実行される。

また、本実施の形態で説明したケーブル位置検出装置１をプログラムとして光記憶装置や磁気記憶装置等の記録媒体に読出可能に記録し、この記録媒体をコンピュータに組み込んだり、若しくは記録媒体に記録されたプログラムを、任意の通信回線を介してコンピュータにダウンロードしたり、又は記録媒体からインストールし、該プログラムでコンピュータを動作させることにより、上述した各処理動作をケーブル位置検出装置１として機能させることができるのは勿論である。

本実施の形態によれば、可視カメラ及び赤外線カメラによりそれぞれ撮影されたケーブルの可視画像及び赤外線画像を入力し、可視画像と赤外線画像との各画素の輝度の相違量に基づいて、ケーブルの位置を検出するので、複雑な背景の影響を受けることなく、カメラにより撮影された画像からケーブルを高速かつ簡易に効率的に検出することができる。

本実施の形態によれば、赤外線画像の輝度値を上方向・下方向・左方向・下方向にそれぞれ積分して検出されたケーブル位置でのヒストグラム分布曲線を生成し、ヒストグラム分布曲線において所定の閾値以上で変化のある位置をケーブル欠損領域として検出するので、検出されたケーブルの劣化箇所を特定することができる。

１…ケーブル位置検出装置
１１…画像入力部（画像入力手段）
１２…データ蓄積部（画像記憶手段）
１３…ノイズ緩和部
１４…位置検出部（位置検出手段）
１５…連続性判断部（欠損領域検出手段）
１６…欠損領域検出部（欠損領域検出手段）
１７…検出結果表示部

Claims (3)

1. 可視カメラと赤外線カメラとによりそれぞれ撮影されたケーブルの可視画像と赤外線画像とを入力する画像入力手段と、
   入力された前記可視画像及び前記赤外線画像を記憶する画像記憶手段と、
   前記可視画像及び前記赤外線画像を前記画像記憶手段から読み出して、前記可視画像と前記赤外線画像との各画素の輝度の差分を計算して過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上の画素を抽出することにより、前記ケーブルの位置を検出する位置検出手段と、
   前記赤外線画像の輝度値を上方向・下方向・左方向・右方向の各方向にそれぞれ積分して前記検出されたケーブル位置でのヒストグラム分布曲線を生成し、前記ヒストグラム分布曲線において過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上で変化のある位置をケーブル欠損領域として検出する欠損領域検出手段と、
   を有することを特徴とするケーブル位置検出装置。
2. コンピュータにより、
   可視カメラと赤外線カメラとによりそれぞれ撮影されたケーブルの可視画像と赤外線画像とを入力するステップと、
   入力された前記可視画像及び前記赤外線画像を画像記憶手段に記憶するステップと、
   前記可視画像及び前記赤外線画像を前記画像記憶手段から読み出して、前記可視画像と前記赤外線画像との各画素の輝度の差分を計算して過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上の画素を抽出することにより、前記ケーブルの位置を検出するステップと、
   前記赤外線画像の輝度値を上方向・下方向・左方向・右方向の各方向にそれぞれ積分して前記検出されたケーブル位置でのヒストグラム分布曲線を生成し、前記ヒストグラム分布曲線において過去の測定結果に基づいて予め定めた閾値以上で変化のある位置をケーブル欠損領域として検出するステップと、
   を有することを特徴とするケーブル位置検出方法。
3. 請求項２に記載の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするケーブル位置検出プログラム。