JPH0526665A - 水位計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水面とは非接触状態で、流体の流れや波の状
態を乱すことなく計測可能にするとともに、一台の測定
装置で多点の測定を可能にしかつ高周波の波高も高精度
に測定可能にする。 【構成】光源２からの光をスリット板４を介して水面に
投射するスリット光源装置１と、スリット光源装置１か
らのスリット光が水面に反射して得られるスリット像９
ａ，９ｂを撮像する撮像装置１１と、撮像装置１１で得
られたスリット画像のデータに基づいて、水面の高さを
演算によって求める画像処理装置１２とによって構成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水面の高さや波高を
画像処理手段を用いて計測する水位計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の波高計測装置としては、容量式波
高計およびサーボ式波高計が知られている。まず、容量
式波高計は、図７に示すように、サポート３１に支持し
た検出線３２を検出部３３から水中３４に挿し込み、こ
の検出部３３が、水面の上下により検出線３２が水に浸
漬される高さを検出し、この検出値を電気容量の変化に
変えて、波高計本体３５にて波高値に変換し、かつ表示
するものである。

【０００３】一方、サーボ式波高計は、図８に示すよう
に、サーボモータ内蔵の検出部４１に検出針４２を設け
て、この検出針４２の下端を２ミリ程度水中４３に浸漬
し、水底に埋設したアース棒４４と上記検出針４２との
間の電気抵抗の変化を上記検出部４１で監視しながら、
その電気抵抗が常に一定になるように、サーボモータで
検出針４２を上下に移動させるものである。これによ
り、検出針４２の上下移動量から、波高計本体４５にお
いて波高を演算により求め、これを表示することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の波高計測装置は、上述のように構成されているの
で、水面に検出線３２や検出針４２を浸漬させねばなら
ず、水や液体の流れや波の状態を乱してしまうために正
確な測定値が得られず、特に、狭い流路での計測や多点
測定では、大きな問題となるほか、計測誤差が±０．３
ミリ程度であるため、０．１ミリオーダの微小波高値を
計測できないなどの問題点があった。

【０００５】また、各検出部３３，４１の応答性が例え
ば５Ｈｚ程度と低く、高周波の波高値を計測できないば
かりか、多点計測では、その計測点数と同数の計測装置
を用意したり、一台または複数台の計測装置を設置替え
するなど、面倒な作業が必要になるなどの問題点があっ
た。

【０００６】さらに、細長い水路のような場所で、横一
列の多点計測をしようとする場合には、検出部３３，４
１の大きさや設置数による制約があり、多点計測が行え
ないなどの問題点があった。

【０００７】この発明は上記のような従来の問題点に着
目してなされたものであり、水面に対して非接触にて、
しかも多点における波高や水位の測定を一台の測定装置
で可能にするとともに、高周波の波高測定をも高精度に
測定可能にする水位計測装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る水位計測
装置は、光源からの光をスリット板を介して水面に投射
するスリット光源装置と、該スリット光源装置からのス
リット光により水面上に得られるスリット像を撮像する
撮像装置とを備え、該撮像装置で得られたスリット画像
の位置データまたは面積データに基づいて、画像処理装
置により上記水面の高さを演算によって求めるようにし
たものである。

【０００９】

【作用】この発明における撮像装置は、スリット光源装
置によって水面上に得られるスリット像を撮像し、この
スリット像の位置データまたは面積データとしての画像
データに基づいて、画像処理装置が水面の高さである水
位や波高値を、演算により求め、この演算結果を必要に
応じてモニタやプリントアウトした用紙等に表させるよ
うに動作する。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例を添付図面を参照
して詳細に説明する。図１において、１はスリット光源
装置であり、これがハロゲンランプなどの光源２，スリ
ット３を有するスリット板４，集光レンズ５からなり、
これらが同一光軸上に配置されている。６はスリット光
源装置１の下部に配置された水槽で、この水槽６にはス
リット光を反射させるべく白色に着色した水（その他の
液体を含む）７が収容されている。８はスリット光源装
置１から投射されるスリット光、９ａ，９ｂは水面上に
作られたスリット像の反射光、１０はこのスリット像９
ａ，９ｂを撮像する撮像装置であるＣＣＤカメラ１１の
撮像素子、１２は撮像素子から得られたスリット画像の
位置データや面積データに基づいて、水面の高さを演算
する画像処理装置、１３は画像処理装置１２に取り付け
られた、ＣＣＤカメラ１１による画像や処理結果である
水位データ等を適宜表示するモニタである。また、１４
はＣＣＤカメラ１１と画像処理装置１２とを接続するケ
ーブルである。

【００１１】次に動作について説明する。まず、光源２
から光を放射すると、スリット板４のスリット３を通過
したスリット光は水面に帯状に照射される。いま、水位
がＰ１で変化がない場合には、その水面上のスリット像
は反射光９ａとなってＣＣＤカメラ１１に入射する。Ｃ
ＣＤカメラ１１ではこのスリット像を撮像素子１０に受
け、イメージ画像データとして画像処理装置１２に入力
する。画像処理装置１２ではこの画像データを処理し
て、モニタ１３上の略中央にスリット画像Ｄ１として表
示する。

【００１２】一方、水位が変化してＰ２となった場合に
は、スリット画像は水面上のより高い位置にくるため、
その反射光９ｂは点線で示すように変化し、ＣＣＤカメ
ラ１１における撮像素子１０の上記とは異なった位置に
結像される。そして、この結像データは画像処理装置１
２に入力されて、上記同様の演算処理が行われる。この
処理結果は、モニタ１３上の上記スリット画像Ｄ１より
離れた例えば右方に表示される。従って、上記スリット
画像Ｄ１からのスリット画像Ｄ２の位置やモニタ１３上
に表示した目盛を読み取ることで、水位や波高値を容易
に得ることができる。

【００１３】なお、この場合において、各スリット画像
Ｄ１，Ｄ２の位置の読み取りは、これらの左右のエッジ
や中心位置について行うことは任意である。また、予め
高さの判っているブロックゲージ等のスケールで、水位
の変化につき画像がどの程度（何ドット分）移動するか
を確認しておけば、画像処理で得られたスリット画像Ｄ
２の移動量にある定数を掛けることにより、水位の変化
値を求めることができる。

【００１４】そして、ＣＣＤカメラ１１の水平面からの
角度，水面からの距離およびレンズ５を含む光学系を適
当に設計することで、０．０５ミリ程度の分解能を容易
に実現でき、逆に分解能を数センチにして計測範囲を大
きくすることも可能となる。

【００１５】ところで、かかる水位計測装置では、計測
の応答性は、ＣＣＤカメラ１１がスリット画像を取り込
む時間と移動座標（位置）を計算する時間によって決ま
り、一般に、タイマにより３３ミリ秒に１回スリット画
像を取り込むことができる。従って、この時間に、座標
計算処理時間の５ミリ秒を加えても、６６ミリ秒ごとに
画像を得ることができ、結果的に応答性を１５ヘルツ程
度まで高めることができる。またさらに、画像処理装置
に拡張メモリー（記憶装置）を搭載して、全画像を記録
させ、後に、座標計算を行うようにすれば、応答性を３
０ヘルツまで高めることも可能になる。なお、高周波の
波の高さを計測する場合には、画像の取り込み時間３３
ミリ秒の間に波が大きく変化すると、ＣＣＤカメラ１１
で撮影した像が振れてしまうので、この場合には、電子
シャッタ付きのカメラやストロボ光源を用いればよい。

【００１６】図２（ａ），（ｂ）はスリット板４に一本
のスリット３を設けたものとは異なり、３個のスリット
３ａをその長さ方向に一定間隔をあけて設けた多点用の
スリット板４ａと、３個の三角形を設けた多点用のスリ
ット板４ｂをそれぞれ示す。まず、図２（ａ）に示すス
リット板４ａを用いた場合には、図３に示すような静止
水位Ｐ３に対して波Ｐ４が発生すると、この波Ｐ４によ
り生じるスリット画像は、紙面に直交する方向からＣＣ
Ｄカメラ１１で撮像すると、図４に示すように、モニタ
１３上には、静止水位のスリット画像Ｄ３に対して波に
よるスリット画像Ｄ４が表示される。従って、このスリ
ット画像Ｄ３に対するスリット画像Ｄ４の移動量を画像
処理装置１２で求めて、モニタ１３上で読み取れば、多
点の波高値を１台の装置で同時かつ高精度に計測できる
ことになる。

【００１７】また、図２（ｂ）のスリット板４ｂを用い
た場合には、静止水位では図５（ａ）に示すようなスリ
ット画像Ｄ５が得られる。そこで、これに更に画像処理
装置１２によりウインドウ処理をかけて、図５（ｂ）に
示すような、スリット画像Ｄ６を得ておくと、図３に示
すような波Ｐ４が発生した場合には、図５（ｃ）のよう
なスリット画像Ｄ７が得られる。そして、この図５
（ｃ）のスリット画像Ｄ７の各独立したブロックの面積
を画像処理装置１２で求めれば、多点における水位を同
時に得ることができる。ただし、この場合には、事前
に、移動距離と上記面積との関係を求めておく必要があ
る。

【００１８】さらに、多点計測ではないが、一本のスリ
ット３を持った上記単純なスリット板４を用いても、縦
幅のウインドウ（図５（ｂ）と９０°ずれる方向のウイ
ンドウ）を適当な間隔で設定すれば、計測装置を移動し
なくても、スリット光８が投射されている範囲で、計測
点の移動が可能となる。

【００１９】図６はこの発明のスリット光源装置１を更
に詳しく説明するものである。これによれば、複数個の
光源２が支持部材２１によってケース２２内に取り付け
られ、その後方（上方）には光源２が発生する熱気を排
出する冷却ファン２３が設けられ、その前方には光を拡
散するすりガラス板２４が配置されている。２５はスリ
ット板４の支持部材、２６は電源ケーブルである。な
お、このスリット光源装置１の動作は、上記の通りであ
り、ここではその重複する説明を省略する。

【００２０】なお、上記実施例では画像処理装置１２で
信号処理して最終的に得られた波高データを、モニタ１
３で確認する場合について説明したが、その波高データ
をパーソナルコンピュータへ転送し、記憶装置へ記録し
ておくこともでき、この場合には、計測の開始，終了お
よび信号処理の開始，終了などの計測システムの総合的
な管理を容易に実施可能にする。

【００２１】また、上記実施例ではＣＣＤカメラ１１を
用いてスリット画像を得る場合を示したが、シリコンビ
ジコンその他の撮像素子を持ったビデオカメラなどを撮
像装置として用いて、ビデオテープに記録した画像を処
理することによっても、スリット画像を得ることがで
き、上記実施例と同様の効果が得られる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば光源か
らの光をスリット板を介して水面に投射するスリット光
源装置と、該スリット光源装置からのスリット光により
水面上に得られるスリット像を撮像する撮像装置とを備
え、該撮像装置で得られたスリット画像の位置データま
たは面積データに基づいて、画像処理装置により上記水
面の高さを演算によって求めるように構成したので、水
面に対し非接触で、流れや波の状態に影響を与えずに水
位または波高を高精度で計測でき、ＣＣＤカメラの位置
やレンズ系を適当に設定することで、０．０５ミリの高
分解能を容易に実現することができる。また、計測系の
応答性が良好なため、１５ヘルツ程度の高周波の波高計
測も可能になるという効果が得られる。さらに、スリッ
ト光や画像処理ウインドウを適当に設定することによ
り、一台の装置で装置の移動なしに多点の計測を同時に
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による水位計測装置を示す
構成図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、この発明におけるスリッ
トの他の実施例を示す平面図である。

【図３】図２（ａ）に示すスリットを用いて多点での波
のスリット画像を得る方法を示す説明図である。

【図４】図３による方法によって得られたスリット画像
を示すモニタ表示説明図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は、図２（ｂ）に示す三角形ス
リットを用いて得られる静止水位時、ウインドウ処理時
および波発生時の各スリット画像を示すモニタ表示説明
図である。

【図６】図１におけるスリット光源の詳細を示す構造図
である。

【図７】従来の容量式波高計を示す構成図である。

【図８】従来のサーボ式波高計を示す構成図である。

【符号の説明】

１ スリット光源装置 ２ 光源 ３ スリット ４ スリット板 １１ 撮像装置 １２ 画像処理装置 １３ モニタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 光源からの光をスリット板を介して水面
   に投射するスリット光源装置と、該スリット光源装置か
   らのスリット光により水面上に得られるスリット像を撮
   像する撮像装置と、該撮像装置で得られたスリット画像
   の位置データまたは面積データに基づいて、上記水面の
   高さを演算によって求める画像処理装置とを備えた水位
   計測装置。