JP3869780B2 - 地表面監視システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、地表面の崩落などの危険箇所をインターネットなどのネットワークを通じて遠隔地からでも常時監視する地表面監視システム、殊に、危険箇所の地表にターゲット撮影カメラによる差分検知信号だけでなく、地表状態量検知手段による状態量検知信号をも地表面判断を行うデータとして利用することで、誤判断を回避し、確実で安定した地表面監視を行える地表面監視システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、地滑り、崩落のおそれのある危険箇所を観測する手段として、例えばワイヤハーセンサを使用する技術が公知である。これは、観測対象となる地表面にワイヤを設置し、ワイヤが切れるかどうかで判定しているため、決定的な異常の検知をリアルタイムで監視しながら行える。ところが、係るワイヤセンサによる観測は、あくまでもワイヤが切れたか否かの判断しか行わないため、現場の状況がわからないばかりか、センサの切れた原因を調べるために、現場に赴かなければならず、例え現場に到着できたとしても、その間に講ずべき崖くずれによる事故回避のための道路閉鎖などが遅れてしまうといった欠点がある。
そこで、このような欠点を回避するために、監視カメラを用いて危険地帯の地表を監視をし、映像データを差分検知装置により差分検知する技術が知られている。これは、無人監視をリアルタイムで行うことが可能であり、地表面に変化が発生した状況からさかのぼって数秒前の状況を再生でき、状況の把握が容易となるものであった。
【0003】
しかしながら、このような監視カメラを用いた差分検知装置では、無人で遠隔監視しながらリアルタイムで処理できる利点はあるものの、監視カメラによる映像データを差分検知するとき、映像上の輝度変化を追跡するだけであるため、屋外での監視カメラ使用による検知障害となる誤警報を頻繁に発生してしまう問題があり、また、誤差を生じないようにするために、監視範囲を絞り込んだ設定とか、差分が発生したかどうかの判定を設定しなおしたりすることができないものであったため、監視精度が著しく低下してしまう問題があった。また、このような差分検知装置を使用することで危険箇所を外面的に監視してはいても、実際に地表面に亀裂が発生しているかどうかを物理的、内面的な側面から観測していない。このため、物理的に亀裂などが生じていないにも拘わらず、差分検知装置からの検地信号だけで地表面の状態を判断していたため、それだけ誤検知の判断を生じるおそれが増大し、より確実な地表面の監視には未だ不十分となる問題もあった。
【0004】
なお、2台のカメラを使用して監視対象を監視する技術として、例えば特開平9−211339号公報が公知である。しかしながら、このものは、ただ単に光学フィルタを設けることにより、背景光である太陽光とその散乱光を除去したり、光量を減光したりして夜空を観測する技術に過ぎないものであり、地表面を監視する技術ではない。
【0005】
本発明は、上記問題点に鑑みて工夫されたものであり、地表面の崩落などの危険箇所をインターネットなどのネットワークを通じて遠隔地からでも常時監視し、危険箇所の地表にターゲット撮影カメラによる差分検知信号だけでなく、地表状態量検知手段による状態量検知信号をも地表面の状態を判断する物理的データとして加えることにより、誤判断を回避し、確実で安定した地表面監視を行える地表面監視システムを提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明においては、次のような構成を有する。すなわち、請求項1記載の発明に係る地表面監視システムは、地表に設置された複数個のターゲットと対になるように、互いに離れた位置に設置した複数台のターゲット撮影用カメラに接続されて、同各ターゲット撮影用カメラからの動画像に基づいて差分検知を行う複数個の差分検知用コンピュータと、前記ターゲットを含む前記地表の全景を撮影して記録する全景記録用カメラに接続されて、同全景記録用カメラからの動画を連続して記録する機能、および前記差分検知用コンピュータから出力された差分検知信号を受信する機能を有する全景記録用コンピュータとを備え、この全景記録用コンピュータに、ネットワークを通じてクライアント端末が接続されると共に、同全景記録用コンピュータが、前記各差分検知用コンピュータから出力された各差分検知信号をANDフィルタリングにより選別して選別差分検知信号を出力するANDフィルタリング手段、前記ターゲット近傍に設置された地表の状態を検知する地表状態量検知手段からの地表状態量検知信号と前記選別差分検知信号とにより地表面に変化が生じているかどうかを判断する地表面判断手段を有し、当該地表面判断手段が、地表面の変化発生を判断したとき、前記全景記録用コンピュータから前記ネットワークを通じて前記クライアント端末に、地表面状況を示す画像データが送信されるようにしたことを特徴とする。
【0007】
請求項1記載の発明によれば、全景記録用コンピュータが、差分検知用コンピュータのANDフィルタリング手段から出力された選別差分検知信号だけでなく、地表状態量検知手段から出力された地表状態量検知信号をも加味して、地表面判断手段で判断されるため、検知障害となる警報が頻繁に発生することを回避しつつ、より確実で安定的で信頼性ある検知結果を出力し、クライアント端末からネットワークを通じてサーバ機能を有する全景記録用コンピュータにアクセスすることにより、地表面に関する動画像、静止画像、全景画像などの情報を閲覧して、円滑な遠隔監視の実現が可能となる。
【0008】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の地表面監視システムに係り、前記差分検知用コンピュータで行う差分検知は、前後のフレームの間で、所定の解像度において、赤、緑、青の各色の変化を比較検査することで行うようにしたことを特徴とする。
【0009】
かかる請求項2記載の発明によれば、ただ単に映像上の輝度の変化を追跡するようなものでなく、赤、緑、青の色の変化を比較判断することにより差分検知を行なうので、ターゲットの監視範囲や差分が発生するしきい値を種々に設定することで、地表面監視現場毎に応じた設定をして使用が可能となる。
【0010】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の地表面監視システムに係り、上記所定の解像度は、秒間30フレームに対して、最高で480ピクセル×640ピクセルに設定されることを特徴とする。
係る請求項3記載の地表面の監視システムによれば、1秒×30フレーム×640X480ピクセル=9,216,000。赤、緑、青の3色であるので、9,216,000×3=27,648,000回/毎秒もの比較検査が、差分検知用コンピュータで行われる。そのため、精度の高い異常監視システムを実現することが可能となる。
【0011】
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか一に記載の地表面監視システムに係り、前記ターゲット撮影用コンピュータは、マスク機能により前記各ターゲットを、監視対象領域と、監視対象とされない領域とに区分けし、当該監視対象としない領域を、無視するように設定しうるようにしたことを特徴とする。
【0012】
請求項4記載の地表面監視システムによれば、マスク機能により監視対象としない領域を設定し、監視領域以外を無視するように設定することで、天候、時間による明るさの変化、風などで監視対象上にある草などの変化、野生動物などがカメラの前と横切るなどにより、望まない警報が多発して、どれが真に必要な警報か判断できなくなるのを回避し、確実、安定、信頼性ある出力が得られるようにすることが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態に係る地表面監視システムを、図1〜図3に基づいて詳述する。
図1は、地表面監視システムの概要を示す概要構成図、図2は、システム全体をブロックで示したブロック図、図3は、そのフローチャートである。
図1、図2において、地表面監視システムの構成を説明する。監視対象となる山の崖といった地表面Eの監視法面上に、落雪防護柵(図示しない)が設置され、その落雪防護柵に一対の監視ターゲットA,B(以下「ターゲット」という)が隣り合わせの状態で設置されている。これらターゲットA,Bは、天候などの不確定要素を排除するため、例えば白地に赤でVマークを施したコントラストの大きなシェブロン看板で形成される。
【0014】
各ターゲットA,Bには、対をなすターゲット撮影用カメラ2台がそれぞれ設置される。なお、据え付けられるカメラの台数は、2台以上であってもよいものである。すなわち、ターゲットAには、これを撮影するターゲット撮影用カメラ1(以下「カメラ1」という)が、また、ターゲットBには、これを撮影するターゲット撮影用カメラ2(以下「カメラ2」という)が、それぞれ図示されない別個の監視小屋内のコンクリート台座1a,2aに据え付けられる。
【0015】
カメラ1は、カメラ1の動画像に基づいて差分検知を行う差分検知用コンピュータPC1に接続され、また、カメラ2は、同様にカメラ2の動画像に基づいて差分検知を行う差分検知用コンピュータPC2に接続される。各差分検知用コンピュータPC1,PC2は、各カメラ1,2から出力された信号をエンコードするエンコーダ3,4、同エンコーダ3,4からの出力信号を差分検知する差分検知部5,6を備えている。差分検知部5,6における差分検知は、一枚毎の画像が圧縮して保存されていき、前フレームと後フレームとの間にどのような差があるかを認識していくことで達成されるように形成されるものである。本実施の形態の場合には、最高解像度が、秒間で30フレームであり、640X480ピクセルに設定され、ピクセルすべてに対してリアルタイムで検知動作をしている。したがって、毎秒1秒×30フレーム×640X480ピクセル=9,216,000であるから、9,216、000ピクセルの赤(R)、緑(G)、青(B)の各色に対する階調を比較検査する。これらの処理は、差分検知用コンピュータPC1,PC2上で所定のソフトウェアにより行われる。
【0016】
また、カメラ1を取り付ける台座1aには、監視する地表面Eの全景を撮影して記録するための全景記録用カメラ7が設けられている。この全景記録用カメラ7は、全景記録用コンピュータ8に接続される。この全景記録用コンピュータ8は、統合サーバとしての機能を有する他に、例えば、全景記録用カメラ7からの動画を連続して記録する機能、各差分検知用コンピュータPC1,PC2から出力されてきた出力信号(警報信号)をANDフィルタリングする機能、警報信号を後述するインターネット13上の中継サーバ(図示されない)に送出する機能、観測室内部で警報ランプ14(図2参照)を作動させる機能などをも備えている。
【0017】
すなわち、全景記録用コンピュータ8は、カメラ7から出力される映像信号をエンコードするエンコーダ9、記憶部10、CPU11(中央演算処理部)、出力部12を備えている。記憶部10には、エンコーダ9、差分検知部5、差分検知部6、それにターゲットA,B近傍の地表面Eに設置した地表状態量検知手段であって、地表面Eに生じるゆかみ、ひずみなどの変化を検知する、例えば電解センサなどの地表状態量検知センサ17の出力信号が入力される。なお、係る地表状態量検知センサ17は、監視する地表面Eに応じてP1〜PNというように適宜数設置されるものである。
【0018】
CPU11は、差分検知部5,6から出力された差分検知信号を、ANDフィルタリングするANDフィルタリング部11aと、地表状態検知部11bと、真に地表面Eに崩落などの変化が生じているか否かを判断する地表面判断手段としての判定部11cとでなる。ANDフィルタリングとは、通常の場合、差分検知のための検出しきい値を設定することでカバーされるが、必要な監視箇所以外には写らないようにカメラの設定を行ったり、さらには、差分検知システムにおけるマスク機能を利用して行う、すなわち、マスク機能により各ターゲットA,Bを、監視対象領域と、監視対象とされない領域とに区分けし、監視対象とならない領域は無視するように設定するなどして行われる。こうして、ANDフィルタリング部11aは、各差分検知部5,6から出力された差分検知信号を選別し、選別された選別差分検知信号が判定部11cへ出力される。
【0019】
地表状態検知部11bは、地表状態量検知センサ17から出力された信号に基づき、地表面Eにひずみ、ひび割れ、クラック、ゆがみ、変形等の変化が生じていないか否かが検知されるものである。
【0020】
判定部11cは、ANDフィルタリング部11aから出力された選別差分検知信号と、地表状態検知部11bから出力された地表状態量検知信号とにより、地表面Eに変化が生じたか否かを総合的に判断するものである。この判定部11cが、選択差分検知信号により外面的に地表面Eに異常があると検知し、また地表状態量検知信号により地表面内部にも異常があると検知することで、崩落の予兆ないしは崩落が生じつつある状況を事前に察知するようになっている。
【0021】
こうして、差分検知用コンピュータPC1、差分検知用コンピュータPC2、および全景記録用コンピュータ8の各コンピュータ間は、ルータ20によりLAN接続され、ネットワークであるインターネット13に接続される。なお、インターネット13の代わりに、専用通信回線網であってもよいものである。また、図示はしないが、ファイアーウォールなどの要素も適宜ネットワークに設置されるのは言うまでもない。そして、サーバ機能を有する全景記録用コンピュータ8は、地表面に異常が生じたことが検知された場合に、携帯電話端末16や、パーソナルコンピュータ端末15から要求されたタイミングで、監視対象の地表面の状況を、動画像や静止画像といった映像情報で閲覧できたり、電子メールで即時に通報できるように構成されているものである。
【0022】
次に、図3に示すフローチャートにより、本実施の形態に係る地表面監視システムの地表面の崩落監視の流れを説明する。すなわち、崩落の発生を監視しようとする地表面Eに落雪防止柵に設置した一対のターゲットA,Bに向けてカメラ1,カメラ2が同時に撮影をする(ステップS1,ステップS1')。カメラ1,カメラ2で撮影された動画データは、画像信号を圧縮するために、差分検知用コンピュータPC1,PC2でエンコードされ(ステップS2,ステップS2')、差分検知部5,6において差分検知される(ステップS3,ステップS3')。ステップS4,ステップS4'において、差分が検知されたか否かが判断される。そして、差分を検知した場合には、差分検知信号W1,W2が全景記録カメラ用コンピュータ8の記憶部10に出力されるが(ステップS5,ステップS5')、差分を検知しない場合にはステップS1〜ステップS4(ステップS1'〜ステップS4')までのステップを繰り返す。次いで、記憶部10からANDフィルタリング部11aに各差分検知信号W1,W2が出力されると(ステップS6)、ANDフィルタリング部11aにおいて、2つのカメラ1,カメラ2による差分検知が共にAND条件として成立したかどうかが判断される(ステップS7)。そして、AND条件が成立した場合には、選択差分検知信号として判定部11cに出力される。
【0023】
また、カメラ1,カメラ2による映像は、記憶部10から画像データ送出部12aからクライアント端末15,16からの要求に応じて、動画像あるいは静止画像として出力され、異常対象の状況を映像情報として把握することができる。
【0024】
同様に、全景記録用カメラ7が撮影した映像は、画像信号を圧縮するために、エンコーダ9でエンコードされた後、記憶部10に格納されていく。記憶部10の映像情報は、クライアント端末15,16からの要求がある場合に、画像データ送出部12aから出力されていく。
【0025】
他方、地表状態量検知センサ17で地表面が検知されると(ステップS8)、地表状態検知部11bで異常を検知したか否かが判断される(ステップS9)。異常を検知した場合には、状態異常検知信号を判定部11cに出力される。
【0026】
ステップS10では、ANDフィルタリング部11aの選定差分検知信号と、地表状態検知部11bの状態異常検知信号とが、判定部11cにおいてチェックされて、地表面に崩落などの変化が生じているかどうかが判断される。すなわち、判定部11cが、選定差分検知信号と、状態異常検知信号とが出力されてきた場合には、地表面に異常が発生したと判断し、出力部12に出力される。
【0027】
クライアント端末15,16から、インターネット13を通じて画像閲覧要求があると、画像データ送出部から適宜異常を検知された地表面の動画像や静止画像が、クライアント端末15,16に転送される(ステップS11)。また、変化、つまり異常が生じた場合には、監視小屋内に設置した警報ランプ14が、警報ランプ作動部12bにより作動して点灯し、周囲に異常を生じていることを報知する。
【0028】
このように、本実施の形態によれば、地表面の状態をカメラ1,カメラ2、全景記録カメラ7で撮影して視覚的に監視するだけでなく、地表状態量検知センサ17を用いて地表面Eの状態を監視し、その監視している地表状態検知信号をも変化(異常)が生じているかどうかの判断データとして判定部11cで判断している。そのため、判定部11cで異常が発生したと判断した場合には、変化の生じる予兆段階から監視対象の地表面Eの状態を、動画像や静止画像でクライアントに送出することができ、常時、誤判断がなく、確実で、安定かつ信頼性のある地表面監視を実現することができる。
【0029】
上記実施の形態では、地表面Eとして、崩落のおそれある危険箇所を対象としたが、土石流、堤防決壊などといった河川を監視対象とすることもできる。
また、カメラ1,カメラ2、全景記録用カメラ7は、夜間撮影の場合には、赤外線カメラを使用することも勿論可能である。
また、クライアント側の端末として、携帯電話16を例示したが、移動通信手段であればよく、例えば自動車に搭載されるGPSなどの衛生通信を利用した端末を流用するようにしてもよい。
【0030】
【発明の効果】
請求項1記載の発明は、地表に設置された複数個のターゲットと対になるように、互いに離れた位置に設置した複数台のターゲット撮影用カメラに接続されて、同各ターゲット撮影用カメラからの動画像に基づいて差分検知を行う複数個の差分検知用コンピュータと、前記ターゲットを含む前記地表の全景を撮影して記録する全景記録用カメラに接続されて、同全景記録用カメラからの動画を連続して記録する機能、および前記差分検知用コンピュータから出力された差分検知信号を受信する機能を有する全景記録用コンピュータとを備え、この全景記録用コンピュータに、ネットワークを通じてクライアント端末が接続されると共に、同全景記録用コンピュータが、前記各差分検知用コンピュータから出力された各差分検知信号をANDフィルタリングにより選別して選別差分検知信号を出力するANDフィルタリング手段、前記ターゲット近傍に設置された地表の状態を検知する地表状態量検知手段からの地表状態量検知信号と前記選別差分検知信号とにより地表面に変化が生じているかどうかを判断する地表面判断手段を有し、当該地表面判断手段が、地表面の変化発生を判断したとき、前記全景記録用コンピュータから前記ネットワークを通じて前記クライアント端末に、地表面状況を示す画像データが送信されるようにした構成を有している。
【0031】
このため、全景記録用コンピュータが、差分検知用コンピュータのANDフィルタリング手段から出力された選別差分検知信号だけでなく、地表状態量検知手段から出力された地表状態量検知信号をも加味して、地表面判断手段で判断されるため、検知障害となる警報が頻繁に発生することを回避しつつ、より確実で安定的で信頼性ある検知結果を出力し、クライアント端末からネットワークを通じてサーバ機能を有する全景記録用コンピュータにアクセスすることにより、地表面に関する動画像、静止画像、全景画像などの情報を閲覧して、円滑な遠隔監視の実現ができ、誤判断のない地表面監視システムを得ることができる効果を奏する。
【0032】
また、請求項2記載の発明は、差分検知用コンピュータで行う差分検知は、前後のフレームの間で、所定の解像度において、赤、緑、青の各色の変化を比較検査することで行うように構成しているため、ただ単に映像上の輝度の変化を追跡するようなものでなく、赤、緑、青の色の変化を比較判断することにより差分検知を行なうので、ターゲットの監視範囲や差分が発生するしきい値を種々に設定することで、地表面監視現場毎に応じた設定をして使用をできる効果を奏する。
【0033】
また、請求項3記載の発明は、所定の解像度として、秒間30フレームに対して、最高で480ピクセル×640ピクセルに設定した構成としているので、秒×30フレーム×640X480ピクセル=9,216,000。赤、緑、青の3色であるので、9,216,000×3=27,648,000回/毎秒もの比較検査が、差分検知用コンピュータで行われる。そのため、精度の高い異常監視システムを実現できる効果を奏する。
【0034】
請求項4記載の発明は、ターゲット撮影用コンピュータは、マスク機能により各ターゲットを、監視対象領域と、監視対象とされない領域とに区分けし、当該監視対象としない領域を、無視するように設定しうる構成としたため、マスク機能により監視対象としない領域を設定し、監視領域以外を無視するように設定することで、天候、時間による明るさの変化、風などで監視対象上にある草などの変化、野生動物などがカメラの前と横切るなどにより、望まない警報が多発して、どれが真に必要な警報か判断できなくなるのを回避し、確実、安定、信頼性ある出力が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る地表面監視システムの概要を示す概要構成図である。
【図2】 図1を、ブロックで示したブロック図である。
【図3】 図2のブロック図を流れ図で示したフローチャートである。
【符号の説明】
1…カメラ(ターゲット撮影用カメラ)
2…カメラ(ターゲット撮影用カメラ)
7…全景記録用カメラ
8…全景記録用コンピュータ
11a…ANDフィルタリング部
11b…地表状態検知部
11c…判定部
13…インターネット
15…クライアント端末
16…携帯電話
A…ターゲット
B…ターゲット
E…地表面
PC1…差分検知用コンピュータ
PC2…差分検知用コンピュータ
Claims (4)
- 地表に設置された複数個のターゲットと対になるように、互いに離れた位置に設置した複数台のターゲット撮影用カメラに接続されて、同各ターゲット撮影用カメラからの動画像に基づいて差分検知を行う複数個の差分検知用コンピュータと、前記ターゲットを含む前記地表の全景を撮影して記録する全景記録用カメラに接続されて、同全景記録用カメラからの動画を連続して記録する機能、および前記差分検知用コンピュータから出力された差分検知信号を受信する機能を有する全景記録用コンピュータとを備え、この全景記録用コンピュータに、ネットワークを通じてクライアント端末が接続されると共に、同全景記録用コンピュータが、前記各差分検知用コンピュータから出力された各差分検知信号をANDフィルタリングにより選別して選別差分検知信号を出力するANDフィルタリング手段、前記ターゲット近傍に設置された地表の状態を検知する地表状態量検知手段からの地表状態量検知信号と前記選別差分検知信号とにより地表面に変化が生じているかどうかを判断する地表面判断手段を有し、当該地表面判断手段が、地表面の変化発生を判断したとき、前記全景記録用コンピュータから前記ネットワークを通じて前記クライアント端末に、地表面状況を示す画像データが送信されるようにしたことを特徴とする地表面監視システム。
- 前記差分検知用コンピュータで行う差分検知は、前後のフレームの間で、所定の解像度において、赤、緑、青の各色の変化を比較検査することで行うようにしたことを特徴とする請求項1記載の地表面監視システム。
- 上記所定の解像度は、秒間30フレームに対して、最高で640X480ピクセルに設定されることを特徴とする請求項1または2記載の地表面の監視システム。
- 前記ターゲット撮影用コンピュータは、マスク機能により前記各ターゲットを、監視対象領域と、監視対象とされない領域とに区分けし、当該監視対象としない領域を、無視するように設定しうるようにしたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一に記載の地表面監視システム。
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