JP7423869B2 - アナログメータ読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、アナログメータ読取装置に関する。

従来、アナログメータの指示針が示す値（以下、「指示値」という。）を画像処理によって自動的に読み取り、コンピュータ管理に適したデジタル信号を得ることができる技術が開示されている（特許文献１、特許文献２）。

特許文献１の技術は、アナログメータから距離を隔てて設置されたカメラを用いて、アナログメータの撮影画像として、指示値が既知である基準画像と、指示針が回転した状態である計測画像と、の２つの画像を得て、２つの画像を比較することで指示針が示す指示値を求める。

特許文献２の技術は、カメラを用いたアナログメータの指示値読取の別の方法として、アナログメータの撮影画像に対してその中心が指示針の回転中心に一致した円を設定し、当該円上に存在する画素が指示針と重なる部分の円弧の有無から、あるいは当該円弧が複数ある場合はそれらの長短比較から、指示針が指し示す角度“θ”を求めることで、指示値を出力する。

さらに、アナログメータに後付けでき、当該アナログメータの校正状態を損なわず、指示針が示す指示値を読み取って、非接触で外部に指示値を取り出すことができる技術が開示されている（特許文献３）。

特許文献３の技術は、指示針に導電性ターゲットを貼り付けると共に、アナログメータのカバーガラス面に近接センサを含む計測用ＩＣタグユニットを貼り付けて、近接センサに対する指示針の相対位置を検出することで、指示値を出力する。

特開２００４－１３３５６０号公報 特開２０１６－１６２４１２号公報 特開２０１７－２０３７７５号公報

本発明は、上述した開示技術の問題を解決するものである。

本発明に係るアナログメータ読取装置は、複数の目盛に割り当てられた数値が表示された目盛板と、前記目盛板の指示値を示し、前記目盛板の表示面側から所定距離にある平面上で所定の回転中心を基準に回転する指示針と、前記指示針を含むように前記目盛板の表示面側を覆う透明部材と、を有する指示針メータの前記指示値を読み取るアナログメータ読取装置であって、発光素子と、前記発光素子から発されて前記指示針メータの前記指示針あるいは前記目盛板で反射された光を複数の画素センサにより検出する撮像素子と、前記撮像素子内に前記指示針メータの前記目盛板に表示された前記数値の配列方向の外側又は内側に仮想的に複数の仮想センサを配置し、前記配置方向の順に前記複数の仮想センサにインデックス番号を割り当てて、前記複数の仮想センサのそれぞれを構成する１つ以上の画素センサの出力信号を用いて、前記複数の仮想センサの各々の出力信号を算出する演算処理部と、を含む読取部と、前記演算処理部で算出された前記複数の仮想センサの各々の出力信号のうち、少なくとも１つの仮想センサの出力信号に基づいて、前記指示針の存在位置に対応する実質的なインデックス番号を検出するインデックス番号検出部と、を備えている。
前記演算処理部は、前記読取部が前記指示針メータの前記透明部材に装着された状態で前記撮像素子により生成される前記指示針メータの撮影画像から、前記指示針メータの目盛領域の輝度成分を抽出し、抽出された前記目盛領域の輝度成分に基づいて、前記指示針メータの指示針の回転中心を同定する回転中心同定部と、前記回転中心同定部により同定された回転中心を中心する同心円上であって、前記指示針メータの前記目盛板に表示された前記数値の配列方向の外側又は内側に円弧、を設定して、前記円弧上に前記複数の仮想センサを配置し、前記配置方向の順に前記複数の仮想センサに前記インデックス番号を割り当てることで前記複数の仮想センサを設定する仮想センサ設定部と、前記仮想センサ設定部により設定された複数の仮想センサのそれぞれを構成する１つ以上の画素センサの出力信号を用いて、前記複数の仮想センサの各々の出力信号を算出する出力信号算出部と、を有する。
前記アナログメータ読取装置は、さらに、前記回転中心同定部により同定された前記回転中心と、前記目盛板に表示された前記数値を含む前記目盛領域と、前記複数の仮想センサに割り当てられた前記インデックス番号と、に基づいて、前記複数の仮想センサに割り当てられた前記インデックス番号と、前記目盛板に表示された前記数値、との対応を記述した変換表を作成する変換表作成部と、前記変換表作成部により作成された前記変換表を記憶する変換表記憶部と、前記変換表記憶部に記憶された前記変換表と、前記インデックス番号検出部により検出された前記実質的なインデックス番号と、に基づいて、前記指示値を算出する指示値算出部と、を備えている。

本発明は、アナログメータに簡単に取り付けるだけで、高精度にアナログメータの指示値を読み取ることができる。

図１（Ａ）は指示針メータに取り付けられた状態の第１実施形態のアナログメータ読取装置の正面図であり、図１（Ｂ）はその外観側面図である。 図２は読取部の読取面を示す図である。 図３はアナログメータ読取装置の機能的な構成を示すブロック図である。 図４は指示針の回転中心同定ルーチン並びに変換表作成ルーチンを示すフローチャートである。 図５は指示針メータの目盛領域の一例を示す図である。 図６は極座標平面に展開された目盛領域を示す図である。 図７は変換表を示す図である。 図８は読取処理ルーチンを示すフローチャートである。 図９は、指示針メータの指示針がフォトダイオードの１つの検出領域の中心部に存在する場合の模式図、及びそのときの各フォトダイオードの出力信号を示す図である。 図１０は、アナログメータの指示針が２つのフォトダイオードの検出領域の重なり部分に存在する場合の模式図、及びそのときの各フォトダイオードの出力信号を示す図である。 図１１は第２実施形態に係るフォトダイオードの断面形状を示す図である。 図１２（Ａ）はフォトダイオードにレンズがない場合のフォトダイオードの光感応領域を示す模式図であり、図１２（Ｂ）はフォトダイオードにレンズが形成された場合の光感応領域を示す模式図である。 図１３は直径が異なる光感応領域を示す図である。 図１４（Ａ）は指示針メータに取り付けられた状態の第３実施形態のアナログメータ読取装置の正面図であり、図１４（Ｂ）はその外観側面図である。 図１５（Ａ）は読取部の読取面を示す図であり、図１５（Ｂ）はその外観側面図である。 図１６はカメラモジュールの要部側面図である。 図１７はアナログメータ読取装置の機能的な構成を示すブロック図である。 図１８は回転中心同定ルーチンを示すフローチャートである。 図１９は指示針メータの目盛領域の一例を示す図である。 図２０は仮想ＰＤ設定ルーチンを示すフローチャートである。 図２１はメータ画像の有効領域に設定される仮想ＰＤを示す図である。 図２２は仮想ＰＤの配置位置を示す図である。 図２３は仮想ＰＤの一例を示す図である。 図２４は変換表作成ルーチンを示すフローチャートである。 図２５は極座標平面に展開された目盛領域及び一連の仮想ＰＤを示す図である。 図２６は読取処理ルーチンを示すフローチャートである。 図２７は信号読出ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１（Ａ）は指示針メータ１００に取り付けられた状態の第１実施形態のアナログメータ読取装置１の正面図であり、同図（Ｂ）はその外観側面図である。アナログメータ読取装置１は、指示針メータ１００に光を照射して指示針１０１の位置情報を検出する読取部１０と、読取部１０が検出した位置情報に基づいて指示針１０１が示す指示値を算出する制御部３０と、を備えている。

指示針メータ１００は、指示針１０１と、指示針１０１が指し示す位置に対応する物理量（数値）を表示する目盛板１０２と、指示針１０１を保護するためのカバーガラス１０３と、を備えている。指示針１０１は、目盛板１０２の表示面側から所定距離にある平面上において、所定の回転中心を基準に回転する。カバーガラス１０３は、指示針１０１を含むように目盛板１０２の表示面側を覆っている。

指示針メータ１００の目盛板１０２は白色であり、指示針１０１は黒色である。このため、指示針メータ１００に照射された光は、目盛板１０２では反射され、指示針１０１では吸収される。読取部１０は、このような指示針メータ１００の光反射特性を利用して、指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報を検出する。

読取部１０は、全体的にほぼ均一の厚みを有し、中央に穴部が形成され、径方向に所定の幅を有する円弧帯状（ドーナツ状）部材である。読取部１０の２つ側面のうちの一方の側面は、指示針メータ１００のカバーガラス１０３面に直接装着され、指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報を光学的に読み取る側面（読取面）である。上記２つの側面のうちの他方の側面は、外部へ露出し、その表面にマーカ１０Ｍが印刷された側面（マーカ面）である。

読取部１０の読取面は、指示針メータ１００の指示針１０１の回転中心上に、当該読取部１０の中心が一致するように、指示針メータ１００の目盛板１０２の対面側のカバーガラス１０３面上に直接装着される。このとき、読取部１０のマーカ面は正面側になる。本実施形態では、読取部１０のマーカ面には、４か所の矩形のマーカ１０Ｍが印刷されている。４つのマーカ１０Ｍは正方形の各頂点の位置に配置され、その正方形の対角線の交点は読取部１０の中心に一致する。

図２は、読取部１０の読取面を示す図である。読取部１０は、小さな穴部１１が形成された円盤状の収納ケース１２と、収納ケース１２内の外周部に沿って円弧状に配置された複数のフォトダイオード１３と、複数のフォトダイオードと穴部との間に円弧状に配置された複数のＬＥＤ素子１４と、を備えている。

収納ケース１２は、中心に小さな穴部１１が形成され、複数のフォトダイオード１３及びＬＥＤ素子１４が設置される円形収納底１２ａと、円形収納底１２ａの外周部に沿って形成される外周壁１２ｂと、円形収納底１２ａの内周部に沿って形成される内周壁１２ｃと、を有する。外周壁１２ｂ及び内周壁１２ｃの高さは、フォトダイオード１３及びＬＥＤ素子１４の配置面からの高さより大きい。このため、読取部１０のカバーガラス１０３への装着の際には、外周壁１２ｂ及び内周壁１２ｃの端部がカバーガラス１０３に接着される。つまり、フォトダイオード１３及びＬＥＤ素子１４は、カバーガラス１０３に接触せずに済み、接触による破損が回避される。

読取部１０には、インデックス番号０からインデックス番号２０までの２１個のフォトダイオード１３が円弧状に配置されている。インデックス番号は、２１個のフォトダイオード１３の中のから１個のフォトダイオード１３を識別するために使用されるだけでなく、対応するフォトダイオード１３の位置情報としても使用される。このため、インデックス番号は、詳細は後述するが、指示針メータ１００の指示値を算出する際に使用される。

また、読取部１０内の各フォトダイオード１３と読取部１０のマーカ面に印刷された各マーカ１０Ｍとの相対的な位置関係は、予め定められている。このため、指示針メータ１００に読取部１０が装着された場合に、指示針メータ１００に対する各マーカ１０Ｍの位置が決まれば、指示針メータ１００に対する各フォトダイオード１３の位置も一意に定まる。

複数のＬＥＤ素子１４は、複数のフォトダイオード１３に対して同心円の内側に円弧状に配置されている。本実施形態では、フォトダイオード１３の個数は、ＬＥＤ素子１４の個数よりも多い。しかし、フォトダイオード１３及びＬＥＤ素子１４のそれぞれの個数は、特に限定されるものではない。

また本実施形態では、フォトダイオード１３は、ＬＥＤ素子１４の外側に配置されるとしたが、フォトダイオード１３を、ＬＥＤ素子１４の内側に配置しても良い。

図３は、アナログメータ読取装置１の機能的な構成を示すブロック図である。読取部１０と制御部３０は、所定のプロトコルに従って、互いにデータを送受信する。読取部１０は、指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報を検出し、検出した位置情報を制御部３０へ供給する。制御部３０は、読取部１０から供給された位置情報に基づいて指示針メータ１００の指示値を算出し、当該指示値を無線通信によりサーバ装置２００へ送信する。これにより、サーバ装置２００は、複数の指示針メータ１００の指示値をリアルタイムで集計・管理する。

読取部１０は、指示針メータ１００からの反射光を受光する複数のフォトダイオード１３と、指示針メータ１００に光を照射する複数のＬＥＤ素子１４と、各フォトダイオード１３の出力信号の切替を制御するフォトダイオード制御部１５と、各ＬＥＤ素子１４を駆動させるＬＥＤ駆動部１６と、を備えている。

制御部３０は、制御部３０内の各回路及び読取部１０へ供給するための電源を蓄積する蓄電池３１と、フォトダイオード（ＰＤ）切替部３２と、ＰＤ切替部３２からの出力信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換するＡ／Ｄコンバータ３３と、ＣＰＵ３４と、ＬＥＤ素子１４の点灯／消灯を制御するＬＥＤ制御部３５と、データのワークエリアであるＲＡＭ３６と、プログラムが記憶されたＲＯＭ３７と、サーバ装置２００等の外部機器と無線通信する無線通信部３８と、を備えている。

以上のように構成されたアナログメータ読取装置１は、以下の手順に従って、指示針メータ１００の指示値を算出する。

読取部１０は、指示針メータ１００の正面中央部に装着された状態で、指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報を検出する。読取部１０は、理想的には、指示針メータ１００の指示針１０１の回転中心に対して、径方向及び回転方向にずれていない位置にあるのが好ましい。しかし、現実的には、読取部１０は、上述した径方向及び回転方向にある程度ずれた位置に装着される。そこで、次の（１）及び（２）の処理が必要である。

（１）指示針メータ１００の指示値を正確に算出するためには、予め、径方向及び回転方向のずれが許容範囲であるか否かを判定する必要がある。
（２）読取部１０で検出される指示針１０１の位置情報は、フォトダイオード１３のインデックス番号に基づく指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報に過ぎず、実際の指示値を算出するには、当該位置情報から指示値へ変換するための変換表を作成する必要がある。

このため、具体的には、次の処理が行われる。
最初に、ユーザは、アナログメータ読取装置１の読取部１０を指示針メータ１００の正面中央部に装着する。

次に、ユーザは、例えば携帯端末を使って、読取部１０が装着された指示針メータ１００を撮影する。撮影により生成された指示針メータ１００の画像（以下、「メータ画像」という。）は、各指示針メータ１００を管理するサーバ装置２００へ送信される。

サーバ装置２００のＣＰＵ２０１は、携帯端末から送信されたメータ画像に基づいて、読取部１０の上述した径方向及び回転方向のずれが許容範囲であるか否かを判定するための指示針１０１の回転中心を同定する。さらにサーバ装置２００のＣＰＵ２０１は、フォトダイオード１３のインデックス番号に基づいて、指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報を指示値へ変換するための変換表を作成する。ここで、変換表とは、指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報を指示針メータ１００の指示値に変換するためのテーブルをいう。

図４は、指示針１０１の回転中心同定ルーチン並びに変換表作成ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１では、ＣＰＵ２０１は、指示針メータ１００を撮影した携帯端末からメータ画像を取得したか否かを判定して、メータ画像を取得するまで待機する。ＣＰＵ２０１は、メータ画像を取得すると、次のステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、ＣＰＵ２０１は、撮影方向に起因する歪みを補正して、携帯端末が指示針メータ１００を真正面から撮影した場合に生成されるメータ画像と等価なメータ画像を得る。なお、撮影方向に起因する歪みを補正する処理は、例えば、特開２００６－１２０１３３号公報で開示された技術が該当する。

ステップＳ３では、ＣＰＵ２０１は、メータ画像に二値化処理を施す。具体的には、ＣＰＵ２０１は、メータ画像から輝度成分を抽出し、メータ画像の各画素について、各輝度成分の値が所定の閾値より大きい場合は‘１’を、そうでない場合は‘０’を設定する。

ステップＳ４では、ＣＰＵ２０１は、二値化されたメータ画像から目盛領域ＭＲ１（後述する図５参照）を抽出する。ここで、目盛領域とは、目盛板１０２上において、指示針１０１が示す位置と指示値との対応関係を表した目盛が描かれた領域をいう。

図５は、指示針メータ１００の目盛領域ＭＲ１の一例を示す図である。本実施形態では、目盛領域ＭＲ１は、外半径ａ、内半径ｂ、指示針メータ１００の垂線より左方向の中心角φ－、同右方向の中心角φ＋なる４つのパラメータ値を用いて記述される円弧帯のテンプレートにてモデル化される。これより目盛領域ＭＲ１の中心位置は、指示針１０１の回転中心と同一になる。

なお、目盛領域ＭＲ１のテンプレートは、４つのパラメータ（ａ値、ｂ値、φ－値及びφ＋値）によって特定される円弧帯の形状に限定されるものではない。すなわち、目盛領域ＭＲ１のテンプレートは、指示針１０１の回転中心を同定できるものであれば、円弧帯以外の形状であってもよい。

ステップＳ４では、さらに、ＣＰＵ２０１は、テンプレートの中心位置及び４つのパラメータ値を変化させて、二値化されたメータ画像内での最適なテンプレートの位置を探索する。そして、ＣＰＵ２０１は、テンプレート内の画素値分布が均一になった場合に、そのテンプレートの中心位置及び４つのパラメータ値によって、目盛領域ＭＲ１を抽出する。

具体的には、テンプレート探索の際、ＣＰＵ２０１は、テンプレートの内部領域を幾つかの部分領域に分割し、それぞれの部分領域における平均画素値が当該テンプレートの内部全体に渡ってほぼ一定になった場合に、そのときの中心位置、ａ値、ｂ値、φ－値及びφ＋値として、目盛領域ＭＲ１を抽出する。

ステップＳ５では、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ４で抽出された目盛領域ＭＲ１（ａ値、ｂ値、φ－値及びφ＋値）を用いて、指示針１０１の回転中心を同定する。本実施形態では、指示針１０１の回転中心は、目盛領域ＭＲ１をモデル化した円弧帯形状のテンプレートの中心位置に一致する。そこで、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ４で抽出された目盛領域ＭＲ１のテンプレートの中心位置を特定することで、指示針１０１の回転中心を同定する。

ステップＳ６では、ＣＰＵ２０１は、メータ画像に基づいて、指示針１０１の回転中心に対する読取部１０の装着位置のずれを検出する。ここで、読取部１０の装着位置のずれは、指示針１０１の回転中心からの平行移動ずれΔｒと、指示針メータ１００の垂線からの読取部１０の回転ずれΔθとで定義される。

平行移動ずれΔｒ及び回転ずれΔθは、読取部１０のマーカ面の所定位置に予め印刷された４か所の矩形のマーカ１０Ｍに基づいて算出される。具体的には、ＣＰＵ２０１は、メータ画像にある４つのマーカ１０Ｍの位置情報から読取部１０の中心の位置情報を算出し、当該位置情報から指示針１０１の回転中心までの距離として平行移動ずれΔｒを算出する。さらに、ＣＰＵ２０１は、上述した垂線を基準として、縦方向あるいは横方向に配置された二つのマーカ１０Ｍを結んだ直線の傾きとして回転ずれΔθを算出する。

なお、本実施形態では、読取部１０の装着位置のずれを検出するためのマーカとして、読取部１０のマーカ面の所定位置に予め印刷された矩形マーカ１０Ｍが用いられたが、これに限定されるものではない。例えば、複数の指示針メータ１００にそれぞれ読取部１０が装着され、各々の読取部１０に固有識別子が割り当てられた場合、当該マーカとして、ＱＲコード（登録商標）を用いてもよい。当該ＱＲコード（登録商標）は、固有識別子を符号化して２次元バーコードで表したものであって、読取部１０のマーカ面の所定位置に印刷される。一方、ＣＰＵ２０１は、メータ画像の中の当該ＱＲコード（登録商標）の３隅のマーカを用いて、読取部１０の装着位置のずれを検出すればよい。この場合、ＣＰＵ２０１は、読取部１０の装着位置のずれを検出するだけでなく、読取部１０の固有識別子も取得できる。

ステップＳ７では、ＣＰＵ２０１は、読取部１０の装着位置のずれが許容範囲内であるか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵ２０１は、平行移動ずれΔｒ及び回転ずれΔθが共に所定の閾値以下であるか否かを判定する。そして、平行移動ずれΔｒ及び回転ずれΔθが共に所定の閾値以下である場合はステップＳ９へ進み、平行移動ずれΔｒ及び回転ずれΔθの少なくとも１つが所定の閾値以下でない場合はステップＳ８へ進む。

なお、平行移動ずれΔｒ及び回転ずれΔθのそれぞれの閾値は、読取部１０の読取面に実装されたフォトダイオード１３及びＬＥＤ素子１４の個数、配置場所、読取部１０に求められる指示針メータ１００の読取り精度などによって決定され、特に限定される値ではない。

ステップＳ８では、ＣＰＵ２０１は、ユーザに読取部１０の再装着を指示するための処理を行う。再装着を指示するための処理とは、例えば、予め登録されたメールアドレスに再装着を指示する電子メールを送信する処理、あるいは所定のモニタ画面に再装着の指示を表示する処理などが該当する。そして、本ルーチンが終了する。

一方、ステップＳ９では、ＣＰＵ２０１は、図５に示す目盛領域ＭＲ１及びフォトダイオード１３の位置情報の極座標変換処理を実行する。
具体的には、ＣＰＵ２０１は、メータ画像から抽出された円弧帯形状の目盛領域ＭＲ１を、指示針メータ１００の垂線を基準とした中心角を横軸、半径方法を縦軸とした極座標平面に展開する。

図６は、極座標平面に展開された矩形の目盛領域ＭＲ２を示す図である。目盛領域ＭＲ２は、横軸のφ－からφ＋までを幅、縦軸のａからｂまでを高さとした矩形の領域で表される。

メータ画像には、読取部１０に配置された複数のフォトダイオード１３は現れない。しかし、各フォトダイオード１３の位置情報は、読取部１０に印刷される４つのマーカ１０Ｍの位置情報に関連付けられている。つまり、４つのマーカ１０Ｍの位置情報が検出されれば、各フォトダイオード１３の位置情報も検出される。

そこで、ＣＰＵ２０１は、メータ画像を用いて４つのマーカ１０Ｍのそれぞれの位置情報を検出し、これらの位置情報に基づいて各フォトダイオード１３の位置情報を検出し、これらのフォトダイオード１３の位置情報を極座標平面に展開する。

例えば、読取部１０に２１個のフォトダイオード１３が円弧状に等間隔で配置されている場合、図６に示すように、先述した極座標平面には、矩形の目盛領域ＭＲ２が配置され、当該目盛領域ＭＲ２の長手方向に沿って、２１個のフォトダイオード１３（０番目から２０番目）が等間隔に配置される。このとき、フォトダイオード１３の１０番目の位置情報（中間位置）は、回転ずれΔθ＝０（（φ＋）＝（φ－）＝０）の位置情報に対応する。これは、指示針メータ１００の指示針１０１の回転中心に対して、読取部１０がずれなく装着された状態を示している。つまり、読取部１０の装着位置のずれが許容範囲であり、実用上は無視してよい（Δｒ、Δθ＝０）状態にある。

ステップＳ１０では、ＣＰＵ２０１は、フォトダイオード１３のインデックス番号に基づく指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報（実質的インデックス番号）を指示値へ変換するための変換表を作成する。具体的には、ＣＰＵ２０１は、目盛領域ＭＲ２近傍にある目盛数字を数値として認識し、極座標平面の当該目盛数字の位置情報に、認識された数値を関連付ける処理を実行する。

本実施形態では、公知のＯＣＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ）技術が用いられる。また、目盛数字の位置情報は、指示針メータ１００の垂線を基準とした極座標値θに変換される。そして、目盛数字の位置情報（極座標値θ）と目盛数字の数値とが対応付けられる。なお、このような対応付けは、目盛領域ＭＲ２の近傍にあるすべての目盛数字について行われる。

なお、目盛数字は、一般的には、指示針１０１の代表的な回転角度に対応した値のみ表示されることが多い。これより、目盛数字の位置情報は、目盛数字の認識から検出された位置情報そのままの値に限定されず、上述した垂線を基準にして５°、１０°、１５°、３０°、４５°ずれた値（９０°の代表的な約数あるいはそれらの倍数）で置き換えてもよい。

最後に、ＣＰＵ２０１は、極座標平面に展開されたすべての情報を用いて、フォトダイオード１３のインデックス番号に基づく指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報を指示値に変換する変換表を作成する。

図７は、変換表を示す図である。変換表は、指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報に相当するフォトダイオード１３のインデックス番号及び指示針メータ１００の垂線を基準とした回転角度、そして当該回転角度に対応した指示値によって構成されている。

ここで、フォトダイオード１３のインデックス番号及び上述した垂線に対する回転角度は、読取部１０に実装によって予め定められた値である。

一方、代表的な複数の回転角度及びそれらに対応する指示値（認識された数値）は、上述した処理により取得されている。また、その他の回転角度及びそれらに対応する指示値は、取得済みの回転角度及びそれらに対応する指示値を用いて、線形補間することで求められる。

そこで、ＣＰＵ２０１は、このようにして得られたフォトダイオード１３のインデックス番号及び上述した垂線に対する回転角度、そして当該回転角度に対応した指示値を対応付けることで、図７に示す変換表を作成する。

なお、図７では、説明の都合上、指示針メータ１００の垂線に対する回転角度が示されているが、実際の変換表からは、当該回転角度を省略してもよい。すなわち、各フォトダイオード１３のインデックス番号と指示値との関係が分かれば、当該回転角度を変換表から省略しても問題はない。

ところで、図４に示した変換表作成処理ルーチンは、読取部１０の装着対象である指示針メータ１００が未知の場合に適用される。このため、指示針メータ１００が既知であって、図４に示した変換表作成処理ルーチンによって当該既知の指示針メータ１００に関する変換表が作成済みである場合、当該指示針メータ１００の目盛領域ＭＲ１と同一の目盛領域を有する指示針メータについては、読取部１０の装着位置ずれのみを評価すればよい。

また、既に当該変換表が作成済みであり、要求される指示値の読取精度が高くなく、その結果、装着時のずれが十分許容できる場合は、図４に示した指示針の回転中心同定ルーチン及び変換表作成処理ルーチンは不要である。

サーバ装置２００は、以上のようにして作成された変換表を無線通信によりアナログメータ読取装置１へ送信する。これにより、アナログメータ読取装置１は、サーバ装置２００から送信された変換表を用いて、フォトダイオード１３のインデックス番号から指示針メータ１００の指示値を算出する。具体的には、アナログメータ読取装置１は、次に示す読取処理ルーチンを実行することにより、指示針メータ１００の指示値を算出する。

図８は、読取処理ルーチンを示すフローチャートである。
ステップＳ１１では、制御部３０のＣＰＵ３４は、所定の測定時刻になったか否かを判定し、当該測定時刻になるまで待機する。測定時刻は、所定時間毎に繰り返される時刻でもよいし、予め設定された時刻であってもよい。ＣＰＵ３４は、測定時刻になったと判定すると、ステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、ＣＰＵ３４は、蓄電池３１から読取部１０へ電源供給ラインのスイッチをオンにして、読取部１０への電源供給を開始する。

ステップＳ１３では、ＣＰＵ３４は、読取部１０のＬＥＤ駆動部１６を制御して、すべてのＬＥＤ１４を点灯させる。これにより、指示針メータ１００に光が照射される。

ステップＳ１４では、ＣＰＵ３４は、読取部１０のフォトダイオード制御部１５を制御して、各フォトダイオード１３から受光量に応じた信号を読み出す。各フォトダイオード１３から読み出された信号は、制御部３０のＰＤ切替部３２に供給される。

さらに、ＣＰＵ３４は、各フォトダイオード１３から供給される信号の中から、インデックス番号０～２０までのフォトダイオード１３の信号を順次切り替えて出力するように、ＰＤ切替部３２を制御する。ＰＤ切替部３２から出力された信号は、Ａ／Ｄコンバータ３３によってアナログ／デジタル変換され、ＣＰＵ３４に供給される。この結果、ＣＰＵ３４は、インデックス番号０～２０までのフォトダイオード１３の信号を受信する。

図９（Ａ）は指示針メータ１００の指示針１０１がフォトダイオード１３の１つの検出領域の中心部に存在する場合の模式図、同図（Ｂ）はそのときの各フォトダイオード１３の出力信号を示す図である。

同図において、小さな白円はフォトダイオード１３の検出領域を示し、小さな白円の中心部にある正方形はフォトダイオード１３を示す。大きな黒円はＬＥＤ素子１４による光照射領域を示し、大きな黒円の中心部にある正方形はＬＥＤ素子１４を示す。なお、後述する図１０も同様である。

指示針メータ１００の指示針１０１がフォトダイオード１３の１つの検出領域の中心部に存在する場合、当該フォトダイオード１３の出力信号はローレベルになる。それ以外のフォトダイオード１３の出力信号はハイレベルになる。これにより、出力信号がローレベルのフォトダイオード１３に対応する位置に、指示針メータ１００の指示針１０１があることが分かる。

図１０（Ａ）は指示針メータ１００の指示針１０１が２つのフォトダイオード１３の検出領域の重なり部分に存在する場合の模式図、同図（Ｂ）はそのときの各フォトダイオード１３の出力信号を示す図である。

指示針メータ１００の指示針１０１が２つのフォトダイオード１３の検出領域の重なり部分に存在する場合、当該２つのフォトダイオード１３の出力信号はミドルレベルになる。それ以外のフォトダイオード１３の出力信号はハイレベルになる。これにより、出力信号がミドルレベルの２つのフォトダイオード１３に対応する位置の間に、指示針メータ１００の指示針１０１があることが分かる。

このように、指示針メータ１００の指示針１０１は、フォトダイオード１３の１つの検出領域で検出されることもあれば、２つの検出領域でそれぞれ検出されることもある。そこで、制御部３０のＣＰＵ３４は、これらの状況を考慮して、各フォトダイオード１３の出力信号から当該フォトダイオード１３のインデックス番号を介して指示針１０１の位置情報を検出する。

ステップＳ１５では、ＣＰＵ３４は、インデックス番号０～２０までのフォトダイオード１３の出力信号に基づいて、指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報に対応する指示値を算出する。

ここでは、最初に、ＣＰＵ３４は、各フォトダイオード１３の出力信号と、対応する各フォトダイオード１３のインデックス番号０～２０とを用いて、指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報（実質的インデックス番号）を検出する。この位置情報は、フォトダイオード１３のインデックス番号と異なり、整数に限定されず、小数を含む値でもよい。次に、ＣＰＵ３４は、図７に示す変換表を参照して、指示針１０１の位置情報に対応する指示値を算出する。

なお、指示針１０１の位置情報の検出方法は、特に限定されるものではないが、特に隣接するフォトダイオード１３の検出領域が重なり合う場合には、例えば以下のような方法がある。

（指示針の位置情報の検出方法１）
ＣＰＵ３４は、次のように、加重平均を用いて指示針１０１の位置情報を検出することができる。例えば、ＣＰＵ３４は、最初に、各フォトダイオード１３の出力信号のうち、指示針１０１の影響を受けた出力信号、例えばレベルが所定の閾値以下の出力信号及び対応するフォトダイオード１３を選択する。

次に、ＣＰＵ３４は、選択したフォトダイオード１３のインデックス番号に重み付けを行う。ここでは、出力信号のレベルが低いほどインデックス番号の重みが大きくなり、出力信号のレベルが高いほどインデックス番号の重みが小さくなる。

最後に、ＣＰＵ３４は、重み付けされたそれぞれのインデックス番号の加重平均を演算する。演算された加重平均値は、指示針１０１の位置情報に相当する。

（指示針の位置情報の検出方法２）
隣接する更に多くのフォトダイオード１３の検出領域が重なり合う場合には、ＣＰＵ３４は、次のように、最尤法を用いて指示針１０１の位置情報を検出することもできる。

最初に、各フォトダイオード１３の出力信号のうち最小レベルの出力信号に対応するフォトダイオード１３を基準にして、基準となるフォトダイオード１３が中心になるように連続する５つのフォトダイオード１３を選択する。そして、選択された５つのフォトダイオード１３の相対的なインデックス番号をそれぞれｉ＝－２、－１、０、１、２とし、各フォトダイオード１３の出力信号のレベルをそれぞれＹ_－２、Ｙ_－１、Ｙ_０、Ｙ_１、Ｙ_２とする。なお、基準となるフォトダイオード１３のインデックス番号はｉ＝０、その出力信号のレベルはＹ_０である。

つぎに、インデックス番号ｉを独立変数として、５つの出力信号のレベルに関する最尤モデル関数を例えば次式のような放物線（２次関数）で定義する。
ｙ＝ａ・ｉ^２＋ｂ・ｉ＋ｃ

ここで最尤モデル関数とは、最小二乗法に基づいて、選択された５つのフォトダイオード１３のすべての出力信号のレベルを最も確からしく表現できるモデル関数のことをいう。ここでは、出力信号のレベルが最小になるフォトダイオード１３の実質的なインデックス番号は、放物線の値が最小となるときのｉ（＝ｉ_ｍｉｎ）である。

すなわち、ｙ’＝２ａ・ｉ_ｍｉｎ＋ｂ＝０より
ｉ_ｍｉｎ＝－ｂ／２ａ
＝－０．７×（－２Ｙ_－２－Ｙ_－１＋Ｙ_１＋２Ｙ_２）
／（２Ｙ_－２－Ｙ_－１－２Ｙ_０－Ｙ_１＋２Ｙ_２）
となる。

例えば、インデックス番号７のフォトダイオード１３の出力信号のレベルＹ_０が最小（０．９μＡ）で、Ｙ_－２、Ｙ_－１、Ｙ_０、Ｙ_１、Ｙ_２がそれぞれ５２．９μＡ、１６．９μＡ、０．９μＡ、４．９μＡ、２８．９μＡの場合、ｉ_ｍｉｎ＝０．３となる。

ｉ_ｍｉｎは、基準となるフォトダイオード１３からのインデックス番号としてのずれ量に相当する。これより、出力信号のレベルが最小値となるフォトダイオード１３の実質的なインデックス番号、つまり、指示針１０１の位置情報は、インデックス番号７＋ｉ_ｍｉｎ＝７．３となる。

なお、フォトダイオード１３の列が、指示針１０１の先端方向の部分のみならず根元方向の部分にも重なった場合、出力信号のレベルが極小となる場所が２か所存在する。この場合、指示針１０１の先端方向の部分は根元方向の部分より狭い幅になる。これは、上述した最尤モデル関数では、放物線の広がり具合に相当する。

そこで、指示針１０１の先端方向の部分及び根元方向の部分でそれぞれ得られる最尤モデル関数において、次式のようにａを求める。
ａ＝１／１４×（２Ｙ_－２－Ｙ_－１－２Ｙ_０－Ｙ_１＋２Ｙ_２）

そして、ａの値がより大きくなる、換言すれば対応する放物線の広がり具合がより小さい最尤モデル関数からフォトダイオード１３の実質的なインデックス番号を求めればよい。

なお、本実施形態では、５つのフォトダイオード１３の出力信号を用いて指示針１０１の位置情報を求めたが、フォトダイオード１３の数は特に限定されるものではない。

また、指示針メータ１００は、白色の目盛板１０２上に黒色の指示針１０１があることを前提としたが、このような構成に限定されるものではない。例えば、目盛板が黒色で指示針が白色の指示針メータを用いることも可能である。この場合、指示針の位置又はその近傍にあるフォトダイオードの出力信号のレベルが高くなる。そこで、出力信号のレベルが最大となるフォトダイオード１３の位置情報を検出することで、指示針の位置情報が検出される。

本実施形態では、最尤モデル関数として放物線を仮定したが、それに限定されるのではない。例えば、最尤モデル関数は、相対的なインデックス番号を基準（ｉ＝０）としたフォトダイオードの近傍に極小値（あるいは極大値）を持つ任意の関数であってもよい。

また本実施形態では、指示針１０１が近傍に存在しない場合、各フォトダイオード１３の受光量が同じであって、各出力信号のレベルが所定のデフォルト値になることを前提としている。しかし、実際には、受光量が同じであっても、各フォトダイオードの個体差に起因して、出力信号のレベルにばらつきが生じることがある。また、目盛板上のフォトダイオードの光感応領域に、目盛数字や製造メーカのロゴマークなどが印刷されている場合、当該目盛数字やロゴマーク等によって光反射が妨げられる。この場合、指示針１０１がないにもかかわらず、デフォルト値としての出力信号のレベルが周辺に比較して小さくなる。

そこで、上記の演算をフォトダイオードの出力信号強度に直接適用するのでなく、検出された光センサの出力信号強度から、デフォルト値としてのフォトダイオードの出力信号強度を減じた差分情報でもって、上記のような演算を適用してもよい。

ＣＰＵ３４は、上述のようにして指示針１０１の位置情報を検出した後、変換表を参照して、指示針１０１の位置情報を指示値に変換することで、指示値を算出する。この変換表は、図４に示す変換表作成ルーチンにより作成されたものである。

ステップＳ１６では、ＣＰＵ３４は、指示値が異常（予め設定された範囲外）であるか否かを判定する。指示値が異常であると判定された場合は、ステップＳ１４に戻り、各フォトダイオード１３から信号が再度読み出され、指示値が再び算出される。指示値が異常でない場合は、ステップＳ１７へ進む。なお、指示値が所定回数連続して異常になった場合は、ステップＳ１４へ戻らず、ステップＳ１８へ進む。

ステップＳ１７では、ＣＰＵ３４は、無線通信部３８を介して、算出された指示値をサーバ装置２００へ送信する。これにより、サーバ装置２００は、各指示針メータ１００の指示値を常時管理することが可能になる。

ステップＳ１８では、ＣＰＵ３４は、読取部１０のＬＥＤ駆動部１６を制御して、すべてのＬＥＤ１４を消灯させる。

ステップＳ１９では、ＣＰＵ３４は、蓄電池３１から読取部１０へ電源供給ラインのスイッチをオフにして、読取部１０への電源供給を停止する。そして、ステップＳ１１へ戻る。その後、再びステップＳ１１以下の処理が繰り返される。

以上のように、第１実施形態に係るアナログメータ読取装置１は、イメージセンサを使用することなく、フォトダイオード１３及びＬＥＤ素子１４を有する読取部１０で指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報を検出する。これにより、アナログメータ読取装置１は、イメージセンサを使用する機器に比べて、消費電力を大幅に抑制することができる。

特に、アナログメータ読取装置１は、イメージセンサを使用する機器に比べて、光検出そのものに必要とする時間が短時間で済むので、指示針メータ１００の測定頻度が多くない場合（例えば数時間で１回の場合）には、消費電力を数分の一から十数分の一に抑制することができる。

なお、本実施形態では、アナログメータ読取装置１は、サーバ装置２００に指示値を送信したが、指示値の代わりにフォトダイオード１３のインデックス番号で表される指示針１０１の位置情報を送信してもよい。この場合、サーバ装置２００は、自身が作成した変換表を参照して、指示針１０１の位置情報を指示値に変換すればよいので、自身が作成した変換表をアナログメータ読取装置１に送信する手間を省略できる。

［第２実施形態］
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１１は、第２実施形態に係るフォトダイオード１３の断面形状を示す図である。第２実施形態では、フォトダイオード１３の受光面にレンズ１３ａが形成される。レンズ１３ａの有無によって、フォトダイオード１３の光感応領域が変わる。ここで光感応領域とは、フォトダイオード１３によって点光源の存在が検出可能な空間領域のことをいう。レンズ１３ａの光学特性に応じて、光感応領域の深さ方向の範囲及び幅方向の範囲が制限される。

図１２（Ａ）はフォトダイオード１３にレンズがない場合のフォトダイオード１３の光感応領域Ａ１を示す模式図であり、同図（Ｂ）はフォトダイオード１３にレンズ１３ａが形成された場合の光感応領域Ａ２を示す模式図である。

図１２（Ａ）の場合、フォトダイオード１３の光感応領域Ａ１は、指示針１０１だけでなく目盛板１０２も含んでいる。このため、フォトダイオード１３は、目盛板１０２に目盛数字や製造メーカのロゴマークなどが表示されている場合、それらの表示物の影響を受けた出力信号を得る。具体的には、実際には指示針１０１が存在しないにも関わらずあたかも指示針１０１が存在しているかのように、フォトダイオード１３の出力信号のレベルが下がる。

図１２（Ｂ）の場合、レンズ１３ａの光学特性の影響により、フォトダイオード１３の光感応領域Ａ２は、図１２（Ａ）の光感応領域Ａ１に比べて深さ方向が制限されている。つまり、光感応領域Ａ２は、深さ方向において、指示針１０１又はその近傍を含むものの、目盛板１０２を含まない。よって、目盛板１０２に目盛数字や製造メーカのロゴマークなどの表示物がある場合でもそのような表示物がない場合でも、フォトダイオード１３の出力信号には影響しない。

このため、フォトダイオード１３は、指示針１０１を検出した場合、第１実施形態と同様に、ローレベルの出力信号（黒色に相当する信号）を得る。また、フォトダイオード１３は、指示針１０１を検出しない場合、目盛板１０２上の目盛数字や製造メーカのロゴマークなどの表示物の有無の影響を受けず、ハイレベルの出力信号（白色に相当する信号）を得る。つまり、第１実施形態と同様に、指示針１０１は、出力信号がローレベルのフォトダイオード１３に対応する位置にあることが分かる。

したがって、フォトダイオード１３は、図１２（Ｂ）に示すように、レンズ１３ａによって光感応領域の深さ方向が制限された場合、目盛板１０２に目盛数字や製造メーカのロゴマークなどの表示物がある場合でも、指示針１０１の存在のみに依存した適正レベルの出力信号を得ることができる。

図１３は、直径が異なる光感応領域Ａ１１～Ａ１５，Ａ２１～Ａ２５を示す図である。フォトダイオード１３にレンズ１３ａがない場合（図１２（Ａ））、隣り合う光感応領域Ａ１１～Ａ１５は、図１３に示すように、互いに一部が重なっている。したがって、指示針１０１は、図１３に示す位置に存在する場合、２つの光感応領域Ａ１２，Ａ１３で検出される。

フォトダイオード１３にレンズ１３ａがある場合（図１２（Ｂ））、各光感応領域Ａ２１～Ａ２５の直径は、各光感応領域Ａ１１～Ａ１５の直径より小さくなる。このため、隣り合う光感応領域Ａ２１～Ａ２５は、互いに重なっておらず、接している。したがって、指示針１０１は、図１３に示す位置に存在する場合、１つの光感応領域Ａ２２のみで検出される。すなわち、光感応領域の直径（幅方向）を制限することで、隣り合う光感応領域の重なりを抑制することができ、指示針１０１の位置情報の検出精度が向上する。

これにより、第２実施形態に係るアナログメータ読取装置１は、指示針メータ１００の目盛板１０２に目盛数字や製造メーカのロゴマークなどが表示されている場合でも、光感応領域の深さ方向を制限することで、それら表示物の影響を受けることなく、指示針メータ１００の指示針１０１の位置情報を高精度に検出することができる。また、アナログメータ読取装置１は、光感応領域の幅方向を制限することで、指示針１０１の位置情報をさらに高精度に検出できる。

第２実施形態では、図１３に示すように、隣り合う光感応領域Ａ２１～Ａ２５が重ならずに接することで、指示針１０１の位置情報の検出精度を向上させているが、このような例に限定されるものではない。例えば、第２実施形態と同様に、光感応領域の直径を小さくして、かつ、第１実施形態と同様に、隣り合う光感応領域が互いに重なるようにしてもよい。このとき、指示針１０１の位置情報は、第１実施形態の「指示針の位置情報の検出方法１（加重平均）」又は「指示針の位置情報の検出方法２（最尤法）」によって検出可能である。

以上のように、光感応領域の直径（幅方向）を小さくし、かつ、隣り合う光感応領域が互いに重なることを許容することによって、単位長さ当たりに実装できるフォトダイオード１３の個数を飛躍的に増やすことができる。その結果、指示針１０１の位置情報の検出精度ひいては指示値の算出精度を更に向上させることができる。

［第３実施形態］
つぎに、本発明の第３実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１４（Ａ）は指示針メータ１００ａに取り付けられた状態の第３実施形態のアナログメータ読取装置１ａの正面図であり、同図（Ｂ）はその外観側面図である。
アナログメータ読取装置１ａは、指示針メータ１００ａに光を照射して指示針１０１の位置情報を検出する読取部１０ａと、読取部１０ａが検出した位置情報に基づいて指示針１０１が示す指示値を算出する制御部３０と、を備えている。

読取部１０ａは、指示針メータ１００ａの回転中心又はその近傍に貼り付けられる。そして、読取部１０ａは、指示針メータ１００ａの指示針１０１の位置情報を検出し、検出した位置情報を制御部３０へ供給する。制御部３０は、読取部１０ａから供給された位置情報に基づいて指示針メータ１００ａの指示値を算出し、当該指示値を無線通信により後述するサーバ装置２００（図１７参照）へ送信する。

指示針メータ１００ａは、指示針１０１と、指示針１０１が指し示す位置に対応する物理量（数値）を表示する目盛板１０２と、指示針１０１を保護するためのカバーガラス１０３と、カバーガラス１０３の奥側（目盛板１０２側）にあり美観のため指示針の回転中心近傍を覆うカバー部材１０４を備えている。

指示針１０１の先端側及び目盛板１０２に表示された数値は、カバーガラス１０３を介して、外部から視認可能である。指示針１０１の回転中心及びその周辺部は、カバーガラス１０３と指示針１０１との間にあるカバー部材１０４によって隠されており、外部から視認できない。

読取部１０ａの２つ側面のうちの一方の側面は、指示針メータ１００ａのカバーガラス１０３面に直接装着され、指示針メータ１００ａの指示針１０１の位置情報を光学的に読み取る側面（読取面）である。上記２つの側面のうちの他方の側面は、外部へ露出し、その表面にアナログメータ読取装置１ａを識別するための２次元コード（例えばＱＲコード（登録商標））が印刷された側面（マーカ面）である。

図１５（Ａ）は読取部１０ａの読取面を示す図であり、同図（Ｂ）はその要部側面図である。
読取部１０ａは、円板状のケース蓋２１と、ケース蓋２１の外周部に沿って形成された外周部２２と、ケース蓋２１の片面に貼り付けられる基板２３と、基板２３に固定されたＬＥＤ素子２４と、基板２３に固定されたカメラモジュール２５と、を備えている。

カメラモジュール２５は、基板２３に固定されると共に、外周部２２から伸びた固定部材２２ａによってケース蓋２１の中心部に配置されている。ＬＥＤ素子２４は、基板２３上であってカメラモジュール２５の周辺に配置されている。

図１６は、カメラモジュール２５の要部側面図である。
カメラモジュール２５は、広角レンズ２６と、広角レンズ２６からの入射光に基づいて信号を生成するイメージセンサ２７と、広角レンズ２６の配置位置を固定すると共にイメージセンサ２７を外部から保護するためのカメラケース２８と、を有する。イメージセンサ２７には、広角レンズ２６を介して、指示針メータ１００ａの指示針１０１及び目盛板１０２からの反射光が入射される。

図１７は、アナログメータ読取装置１ａの機能的な構成を示すブロック図である。読取部１０ａと制御部３０は、第１実施形態と同様に、所定のプロトコルに従って、互いにデータを送受信する。つまり、本実施形態のアナログメータ読取装置１ａは、図３に示すアナログメータ読取装置１の読取部１０を、図１７に示す読取部１０ａに代えたものである。

読取部１０ａは、指示針メータ１００ａに光を照射する複数のＬＥＤ素子２４と、イメージセンサ２７と、イメージセンサ２７を駆動させる駆動制御部１１１と、イメージセンサ２７から読み出された画像に所定の処理を施す画像処理部１１２と、データを記憶する記憶部１１３と、各ＬＥＤ素子２４を駆動させるＬＥＤ駆動部１１４と、を備えている。制御部３０は、図３と同様に構成されている。

以上のように構成されたアナログメータ読取装置１ａは、指示針メータ１００ａの指示値を算出するために、次に示す（１）～（４）の処理を実行する。

（１）メータ画像を用いた指示針１０１の回転中心の同定
（２）指示針１０１の回転中心に基づく仮想フォトダイオード（仮想ＰＤ）の設定
（３）仮想ＰＤのインデックス番号に基づく指示針１０１の位置情報を、指示針１０１の指示値に変換するための変換表の作成
（４）仮想ＰＤのインデックス番号に基づく指示針１０１の位置情報の検出と、当該位置情報に対応した指示値の算出
なお、（１）～（３）は、初期設定として１回だけ実行される。（４）は、指示針メータ１００ａからの指示値の読み取り毎に実行される。

図１８は、指示針１０１の回転中心を同定するための回転中心同定ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ２１では、ユーザが、指示針メータ１００ａの指示針１０１の回転中心近傍に、読取部１０ａを直接装着する。なお、読取部１０ａの装着位置は、指示針１０１の正確な回転中心でなくてもよく、指示針１０１の位置や目盛板１０２による目盛領域の形状から推定される回転中心付近の位置でもよい。すなわち、通常、読取部１０ａは、指示針メータ１００ａに対して、ずれた状態で装着される。

ここでは、読取部１０ａの中心位置は、指示針１０１の回転中心からΔｒの平行移動ずれがある。また、読取部１０ａの垂線は、指示針メータ１００ａの垂線に対してΔθの回転ずれがある。しかし、Δｒ及びΔθは、後述する処理によって無視できる。

ステップＳ２２では、画像処理部１１２は、広角レンズ２６からの入射光に基づいてイメージセンサ２７で生成された歪みのあるメータ画像を取得する。なお、イメージセンサ２７は、指示針メータ１００ａに直接装着された読取部１０ａに組み込まれたものである。よって、メータ画像に生じる歪みは、第１実施形態で説明した撮影方向に起因するものではなく、広角レンズ２６に起因するものである。

一方、この広角レンズ２６の作用により、図１４で示すように、読取部１０ａは、指示針１０１の回転中心が隠れている指示針メータ１００ａの回転中心近傍に張り付けられた場合であっても、レンズ視野ＬＶ内で指示針１０１の先端側及び目盛板１０２に表示された数値を読み取ることができる。

ステップＳ２３では、画像処理部１１２は、イメージセンサ２７から取得した歪みのあるメータ画像を平面画像へ変換する。当該歪みのある画像を平面画像に変換する画像変換方法は、特に限定されるものではない。例えば、広角レンズ２６が等距離射影式の魚眼レンズの場合、当該画像変換方法には、例えば、特開平１１－１８００７号公報に記載された技術を適用することができる。

平面画像に変換されたメータ画像は、指示針１０１及び目盛板１０２が表示される領域（有効領域）と、カバーガラス１０３の奥にあるカバー部材１０４が表示されて指示針１０１が隠れている領域（無効領域）と、を含んでいる。指示針１０１の回転中心は無効領域内に存在しているが、詳しくは後述するように、メータ画像の有効領域に基づいて同定される。

ステップＳ２４では、画像処理部１１２は、メータ画像に二値化処理を施す。具体的には、画像処理部１１２は、メータ画像から輝度成分を抽出し、メータ画像の有効領域における各画素について、各輝度成分の値が所定の閾値より大きい場合は‘１’を、そうでない場合は‘０’を設定する。なお、メータ画像の無効領域のすべての画素については ‘０’を設定することで、例えば後述するテンプレート探索において、当該テンプレート内のすべての画素が‘０’である場合に、当該テンプレートが無効領域にあることを容易に検出できるようにしておく。

ステップＳ２５では、画像処理部１１２は、二値化されたメータ画像から目盛領域ＭＲ３（後述する図１９参照）を抽出する。ここで、目盛領域とは、目盛板１０２上において、指示針１０１が示す位置と指示値との対応関係を表した目盛が描かれた領域をいう。

図１９は、指示針メータ１００ａの目盛領域ＭＲ３の一例を示す図である。本実施形態では、目盛領域ＭＲ３は、メータ画像の有効領域に存在しており、外半径ａ、内半径ｂ、指示針メータ１００ａの垂線より左方向の中心角φ－、同右方向の中心角φ＋なる４つのパラメータ値を用いて記述される円弧帯のテンプレートにてモデル化される。これより目盛領域ＭＲ３の中心位置は、指示針１０１の回転中心と同一になる。

なお、目盛領域ＭＲ３のテンプレートは、４つのパラメータ（ａ値、ｂ値、φ－値及びφ＋値）によって特定される円弧帯の形状に限定されるものではない。すなわち、目盛領域ＭＲ３のテンプレートは、指示針１０１の回転中心を同定できるものであれば、円弧帯以外の形状であってもよい。

ステップＳ２５では、さらに、画像処理部１１２は、テンプレートの中心位置及び４つのパラメータ値を変化させて、二値化されたメータ画像の有効領域内での最適なテンプレートの位置を探索する。そして、画像処理部１１２は、テンプレート内の画素値分布が均一になった場合に、そのテンプレートの中心位置及び４つのパラメータ値によって、目盛領域ＭＲ３を抽出する。

具体的には、テンプレート探索の際、画像処理部１１２は、テンプレートの内部領域を幾つかの部分領域に分割し、それぞれの部分領域における平均画素値が当該テンプレートの内部全体に渡ってほぼ一定になった場合に、そのときの中心位置、ａ値、ｂ値、φ－値及びφ＋値として、目盛領域ＭＲ３を抽出する。

ステップＳ２６では、画像処理部１１２は、ステップＳ２５で抽出された目盛領域ＭＲ３（ａ値、ｂ値、φ－値及びφ＋値）を用いて、指示針１０１の回転中心を同定する。本実施形態では、指示針１０１の回転中心は、目盛領域ＭＲ３をモデル化した円弧帯形状のテンプレートの中心位置に一致する。そこで、画像処理部１１２は、ステップＳ２５で抽出された目盛領域ＭＲ３のテンプレートの中心位置を特定することで、指示針１０１の回転中心を同定する。

なお、画像処理部１１２は、目盛領域ＭＲ３が円弧帯形状でない場合は、目盛領域ＭＲ３の形状と指示針１０１の回転中心との関係をモデル化したテンプレートを予め用意しておけばよい。そして、画像処理部１１２は、目盛領域ＭＲとテンプレートとのマッチング処理を行い、マッチング処理後のテンプレートに基づいて指示針１０１の回転中心を同定する。

図２０は、仮想ＰＤ設定ルーチンを示すフローチャートである。図２１は、メータ画像の有効領域に設定される仮想ＰＤを示す図である。

ステップＳ３１では、画像処理部１１２は、前述の処理で同定された指示針１０１の回転中心を用いて、仮想ＰＤが配置される円弧（配置円弧）を設定する。配置円弧とは、メータ画像の有効領域に含まれ、指示針１０１の回転中心の同心円上に配置されるすべての仮想ＰＤの中心を通る円弧をいう。配置円弧の半径は、アナログメータ読取装置１ａに要求される検出精度、具体的には、配置される仮想ＰＤの個数や大きさに応じて決定される。

本実施形態のアナログメータ読取装置１ａは、図１４に示す指示針メータ１００ａを対象にしているが、図１に示す指示針メータ１００（指示針１０１の回転中心及びその周辺が隠れていないタイプ）でも対応可能である。この場合、配置円弧は、指示針１０１の回転中心と同一位置に中心があり、指示針メータ１００の垂線より左方向の中心角がφ－、同右方向の中心角がφ＋なる円弧として設定される。

配置円弧の中心角は、図２１に示すように、前述の処理で同定された配置円弧の中心から目盛領域ＭＲ３の最小目盛値及び最大目盛値へ向けたそれぞれの半直線がなす角に等しい。配置円弧の半径の上限値は、配置円弧の全体がメータ画像の有効領域に含まれ、アナログメータ読取装置１ａに要求される検出精度を満たせば、特に限定されない。一方、配置円弧の半径の下限値は、当該それぞれの半直線が有効領域と無効領域との間の境界線と交わる点と、当該配置円弧の中心と、を結ぶ線分の長さに等しい。

ステップＳ３２では、画像処理部１１２は、設定された配置円弧上において規定される一連の仮想ＰＤの各々の配置位置の中心（配置位置中心）を決定する。当該各々の配置位置中心は、上述した配置円弧の中心角を、配置すべき仮想ＰＤの個数から１を減じた数で分割して得られる回転角毎に、配置円弧の中心から目盛領域ＭＲ３へ向けた半直線と、当該配置円弧との交点として与えられる。

例えば図２１の場合、配置円弧の中心角はπ／２（＝９０°）である。この中心角の中に２１個の仮想ＰＤを設定する場合、（π／２）÷（２１－１）＝π／４０（＝４．５°）なる回転角毎に、配置円弧の中心から目盛領域ＭＲ３へ向けた半直線と、当該配置円弧との交点が、各々の仮想ＰＤの配置位置中心となる。

上記の処理から明らかなように、仮想ＰＤの配置円弧の中心、換言すれば読取部１０ａの実質的な中心は、同定された指示針１０１の回転中心それ自体でもって動的に決定される。したがって、指示針１０１の回転中心から読取部１０ａの装着位置の中心までの平行移動ずれ（Δｒ）は、指示値の検出精度に影響を与えず、本実施形態では無視しても問題ない。

ステップＳ３３では、画像処理部１１２は、各仮想ＰＤ（の配置位置中心）にインデックス番号を付与する。例えば図２１の場合、各仮想ＰＤの左から順に、１，２，３、…のインデックス番号が付与される。この場合、右端の仮想ＰＤのインデックス番号は２１となる。

ステップＳ３４では、画像処理部１１２は、指示針メータ１００ａの垂線からの読取部１０ａの回転ずれ（Δθ）を算出する。例えば図２１の場合、当該回転ずれ（Δθ）は、メータ画像から抽出される有効領域と無効領域との境界線と、イメージセンサ２７の画素センサの横方向の並びである画素センサ列と、がなす角度に相当する。

ステップＳ３５では、画像処理部１１２は、各々の仮想ＰＤのインデックス番号と配置位置中心とをまとめた仮想ＰＤ構成表を作成する。

ここで、上述した指示針メータ１００ａの垂線からの読取部１０ａの回転ずれ（Δθ）を０、配置円弧の中心を原点、有効領域と無効領域との境界線をｙ＝ｄなる直線とした場合、図２１に示す仮想ＰＤの配置位置中心は、次のようになる。

図２２は、当該回転ずれ（Δθ）を０、配置円弧の中心を原点、有効領域と無効領域との境界線をｙ＝ｄなる直線とした場合に、図２１に示す仮想ＰＤの配置位置を示す図である。

ここで図２１と図２２を比較すると、実際の仮想ＰＤの配置位置は、正の向きにΔθの回転ずれがある。これより、仮想ＰＤのインデックス番号と、仮想ＰＤの配置位置中心（当該配置位置中心のｘｙ座標）との関係を示す仮想ＰＤ構成表は、表１のようになる。

ステップＳ３６では、画像処理部１１２は、各々の仮想ＰＤの配置位置中心に対して、仮想ＰＤを設定する。具体的には、画像処理部１１２は、仮想ＰＤの配置位置中心を基準とした所定範囲内の画素センサの集合体でもって仮想ＰＤを設定する。

図２３は、縦方向７画素及び横方向７画素の合計４９個の画素センサの集合体によって構成された仮想ＰＤを示す図である。同図に示すように、仮想ＰＤの配置位置中心は、配置円弧と、当該配置円弧の中心から目盛領域への半直線と、の交点によって決定される。そして仮想ＰＤは、当該配置位置中心を基準にして、縦方向７画素及び横方向７画素の合計４９個の画素センサの集合体によって構成される。

図２４は、仮想ＰＤのインデックス番号から指示値へ変換するための変換表を作成する変換表作成ルーチンを示すフローチャートである。変換表作成ルーチンは、初期設定の最後の処理として実行される。

ステップＳ４１では、画像処理部１１２は、指示針１０１の回転中心を同定する。ここでは、画像処理部１１２は、図１８に示す回転中心同定ルーチンの処理で得られた結果を再利用する。

ステップＳ４２では、画像処理部１１２は、図２１に示す目盛領域ＭＲ３及び仮想ＰＤの配置位置中心の極座標変換処理を実行する。
具体的には、画像処理部１１２は、メータ画像から抽出された円弧帯形状の目盛領域ＭＲ３を、図２２で示したｘ軸を基準とした回転角を横軸、半径方法を縦軸とした極座標平面に展開して、極座標変換された目盛領域ＭＲ４を生成する。そして、画像処理部１１２は、目盛領域ＭＲ４に対して、２１個の仮想ＰＤを均等に配置する。

ここでは、画像処理部１１２は、図４に示すステップＳ９と同様の処理を実行する。但し、画像処理部１１２は、図１９又は図２１に示す目盛領域ＭＲ３、及び、仮想ＰＤ構成表を作成する際に用いた配置円弧の中心から各々の仮想ＰＤの配置位置中心への半直線がなす回転角を用いることができる。

図２５は、図２２に基づく極座標平面に展開された矩形の目盛領域ＭＲ４及び、当該目盛領域ＭＲ４に対応して配置された一連の仮想ＰＤを示す図である。目盛領域ＭＲ４は、当該極座標平面において、横軸の（３π／４＋Δθ）から（π／４＋Δθ）までを幅、縦軸のａからｂまでを高さとした矩形の領域で表される。

各々の仮想ＰＤの配置位置中心は、抽出された目盛領域ＭＲ３に基づいて得られる仮想ＰＤの配置円弧上に、目盛領域ＭＲ３の主たる目盛に対応させるかたちで動的に決定される。このことから、指示針メータ１００ａの垂線からの読取部１０ａの回転ずれ（Δθ）の影響は、ここでは無視できる。

換言すれば、当該回転ずれ（Δθ）は、図２２で示すように各々の仮想ＰＤの配置位置中心の算出には影響を与えるものの、目盛領域ＭＲ３の主たる目盛と仮想ＰＤの配置位置との対応には影響しない。

ステップＳ４３では、画像処理部１１２は、仮想ＰＤのインデックス番号に基づく指示針メータ１００ａの指示針１０１の位置情報（実質的インデックス番号）を指示値へ変換するための変換表を作成する。

ここでは、画像処理部１１２は、図４のステップＳ１０と同様に、ＯＣＲ技術を用いて目盛領域ＭＲ４近傍にある目盛数字を数値として認識し、極座標平面の当該目盛数字の位置情報に、認識された数値を関連付ける処理を実行する。この結果、次の表２に示す変換表が作成される。

本実施形態では、表１の仮想ＰＤ構成表と、表２の変換表は、それぞれが独立した処理によって生成される。一方、仮想ＰＤ構成表と変換表は、共に、見出し列がインデックス番号（または当該インデックス番号に１：１に対応した回転角）であり、メータ画像から抽出される目盛領域ＭＲ３を用いて作成されたものである。このため、仮想ＰＤ構成表と変換表は、１つの表として作成されたものでもよい。

但し、仮想ＰＤ構成表は図１７における読取部１０ａで使用されるのに対して、変換表は図１７における制御部３０で使用される。このため、仮想ＰＤ構成表と変換表が一体化した表は、読取部１０ａと制御部３０が一体化された場合に好適である。

上述した初期設定の終了後、制御部３０は、読取部１０ａから出力された信号を用いて、次に示す読取処理ルーチンを実行することにより、指示針メータ１００ａの指示値を算出する。

図２６は、読取処理ルーチンを示すフローチャートである。本実施形態において読取部１０ａと制御部３０との間で送受信されるデータは、第１実施形態において読取部１０と制御部３０との間で送受信されるデータと同じである。

このため、図２６に示す読取処理ルーチンは、フォトダイオードが仮想ＰＤに代わった点（なお、インデックス番号も前者が０～２０であるのに対し、後者は１～２１としている。）、及び、図８に示すステップＳ１４がステップＳ１４ａに代わった点を除き、図８に示す読取処理ルーチンと同じである。そこで、以下のステップＳ１４ａでは、主に、図８に示すステップＳ１４と異なる点について説明する。

ステップＳ１４ａでは、ＣＰＵ３４は、読取部１０ａの画像処理部１１２を制御して、各仮想ＰＤ（に対応する複数の画素センサ）の出力信号を読み出す。読み出された各仮想ＰＤの出力信号は、制御部３０のＰＤ切替部３２に供給される。

さらに、ＣＰＵ３４は、各仮想ＰＤの出力信号の中から、インデックス番号１～２１までの仮想ＰＤの出力信号を順次切り替えて読み出すように、ＰＤ切替部３２を制御する。ＰＤ切替部３２から出力された信号は、Ａ／Ｄコンバータ３３によってアナログ／デジタル変換され、ＣＰＵ３４に供給される。この結果、ＣＰＵ３４は、インデックス番号１～２１までの仮想ＰＤの出力信号を受信する。

一方、読取部１０ａでは、制御部３０による読取処理ルーチンの実行時において、制御部３０からの制御信号（ステップＳ１３）に従って、ＬＥＤ２４が点灯する。これにより、指示針メータ１００ａに光が照射される。そして、読取部１０ａは、制御部３０によるステップＳ１５ａの実行の際、次の信号読出ルーチンを実行して、制御部３０に信号を供給する。

図２７は、信号読出ルーチンを示すフローチャートである。
ステップＳ５１では、読取部１０ａの画像処理部１１２は、ＬＥＤ２４の点灯後に、広角レンズ２６からの入射光に基づいてイメージセンサ２７で生成された歪みのあるメータ画像を取得する。
ステップＳ５２では、画像処理部１１２は、イメージセンサ２７から取得した歪みのあるメータ画像を平面画像へ変換する。

ステップＳ５３では、画像処理部１１２は、記憶部１１３から仮想ＰＤ構成表（表１）を読み出し、読み出した仮想ＰＤ構成表に基づき、すべての仮想ＰＤの配置位置中心を求める。そして、画像処理部１１２は、各々の配置位置中心に存在する画素センサ（中心画素センサ）及びその周囲に存在する画素センサの合計４９個の画素センサの出力信号を合計して、各々の仮想ＰＤの出力信号を計算する。

例えば図２３において、仮想ＰＤを構成する各々の画素センサの出力信号強度をｖ（ｐ，ｑ）とする。但し、ｖ（０，０）は、仮想ＰＤの中心画素センサの出力信号強度である。ｐ，ｑは、中心画素センサを基準とした場合の他の画素センサの横方向及び縦方向それぞれの相対アドレスである。

図２３に示された縦方向７画素及び横方向７画素の合計４９個の画素センサで構成された仮想ＰＤの出力信号強度をＶは、次の式１で表される。

式１

画像処理部１１２は、すべての仮想ＰＤについて式１を計算し、計算結果を各々の仮想ＰＤの出力信号として記憶部１１３に保存する。保存された仮想ＰＤの出力信号は、後述するステップＳ５５において読み出された後、制御部３０へ供給される。

ステップＳ５４では、画像処理部１１２は、仮想ＰＤのインデックス番号ｉについて、ｉ＝１に設定する。
ステップＳ５５では、画像処理部１１２は、記憶部１１３から仮想ＰＤ（ｉ）の出力信号を読み出して、制御部３０へ供給する。なお、最初は仮想ＰＤ（１）の出力信号が読み出され、制御部３０へ供給される。

ステップＳ５６では、画像処理部１１２は、仮想ＰＤ切替制御の有無を確認する。具体的には、画像処理部１１２は、制御部３０のＰＤ切替部３２から、次のインデックス番号を持つ仮想ＰＤへ切り替える旨の制御信号の受信の有無を確認する。当該制御信号を受信した場合はステップＳ５７へ進む。

ステップＳ５７では、画像処理部１１２は、インデックス番号をインクリメントして（ｉ＝ｉ＋１）、ステップＳ５５へ戻る。すなわち、記憶部１１３からすべての仮想ＰＤの出力信号が読み出されまで、ステップＳ５５からステップＳ５７が繰り返し実行される。

一方、ステップＳ５６において、前述の制御信号を受信していない（タイムアウトした）場合は、すべての仮想ＰＤの出力信号が読み出されたので、本ルーチンを終了する。なお、本ルーチンによって読取部１０ａから制御部３０に供給された仮想ＰＤの出力信号は、前述のステップＳ１５において、指示値の算出で使用される。

以上のように、第３実施形態に係るアナログメータ読取装置１ａは、指示針メータ１００ａを撮影する読取部１０ａを用いることにより、指示針メータ１００ａに対して読取部１０ａの平行移動ずれ及び回転ずれがある場合であっても、平行移動ずれ及び回転ずれの影響を受けることなく、高精度に、指示針メータ１００ａの指示値を算出することができる。

また、アナログメータ読取装置１ａは、指示針１０１の回転中心が隠れている指示針メータ１００ａであっても、メータ画像に基づいて当該回転中心を同定することにより、指示針メータ１００ａの指示値を算出することができる。

さらに、アナログメータ読取装置１ａは、指示針１０１の位置情報を検出するための一連の仮想ＰＤについて、任意の大きさ・間隔に設定可能であるため、ユーザの希望する検出精度・信頼度で指示値を算出することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で設計変更されたものにも適用可能である。
例えば、第３実施形態では、図１８、図２０、図２４の各ルーチンは、読取部１０ａにて実行されたが、制御部３０やサーバ装置２００で実行した上で、その結果を読取部１０ａに供給してもよい。また、仮想ＰＤは、図２１に示すように目盛領域ＭＲ３の内側に設定される場合に限らず、目盛領域ＭＲ３の外側に設定されてもよい。

１，１ａ アナログメータ読取装置
１０，１０ａ 読取部
１３ フォトダイオード
１４ ＬＥＤ素子
２５ カメラモジュール
３０ 制御部
１００，１００ａ 指示針メータ
１０１ 指示針
１０２ 目盛板
１０３ カバーガラス

Claims (2)

1. 複数の目盛に割り当てられた数値が表示された目盛板と、前記目盛板の指示値を示し、前記目盛板の表示面側から所定距離にある平面上で所定の回転中心を基準に回転する指示針と、前記指示針を含むように前記目盛板の表示面側を覆う透明部材と、を有する指示針メータの前記指示値を読み取るアナログメータ読取装置であって、
   発光素子と、前記発光素子から発されて前記指示針メータの前記指示針あるいは前記目盛板で反射された光を複数の画素センサにより検出する撮像素子と、前記撮像素子内に前記指示針メータの前記目盛板に表示された前記数値の配列方向の外側又は内側に仮想的に複数の仮想センサを配置し、前記配置方向の順に前記複数の仮想センサにインデックス番号を割り当てて、前記複数の仮想センサのそれぞれを構成する１つ以上の画素センサの出力信号を用いて、前記複数の仮想センサの各々の出力信号を算出する演算処理部と、を含む読取部と、
   前記演算処理部で算出された前記複数の仮想センサの各々の出力信号のうち、少なくとも１つの仮想センサの出力信号に基づいて、前記指示針の存在位置に対応する実質的なインデックス番号を検出するインデックス番号検出部と、を備え、
   前記演算処理部は、
   前記読取部が前記指示針メータの前記透明部材に装着された状態で前記撮像素子により生成される前記指示針メータの撮影画像から、前記指示針メータの目盛領域の輝度成分を抽出し、抽出された前記目盛領域の輝度成分に基づいて、前記指示針メータの指示針の回転中心を同定する回転中心同定部と、
   前記回転中心同定部により同定された回転中心を中心する同心円上であって、前記指示針メータの前記目盛板に表示された前記数値の配列方向の外側又は内側に円弧、を設定して、前記円弧上に前記複数の仮想センサを配置し、前記配置方向の順に前記複数の仮想センサに前記インデックス番号を割り当てることで前記複数の仮想センサを設定する仮想センサ設定部と、
   前記仮想センサ設定部により設定された複数の仮想センサのそれぞれを構成する１つ以上の画素センサの出力信号を用いて、前記複数の仮想センサの各々の出力信号を算出する出力信号算出部と、を有し、
   前記アナログメータ読取装置は、さらに、
   前記回転中心同定部により同定された前記回転中心と、前記目盛板に表示された前記数値を含む前記目盛領域と、前記複数の仮想センサに割り当てられた前記インデックス番号と、に基づいて、前記複数の仮想センサに割り当てられた前記インデックス番号と、前記目盛板に表示された前記数値、との対応を記述した変換表を作成する変換表作成部と、
   前記変換表作成部により作成された前記変換表を記憶する変換表記憶部と、
   前記変換表記憶部に記憶された前記変換表と、前記インデックス番号検出部により検出された前記実質的なインデックス番号と、に基づいて、前記指示値を算出する指示値算出部と、
   を備えるアナログメータ読取装置。
2. 前記読取部は、前記指示値算出部から分離されている
   請求項１に記載のアナログメータ読取装置。
   

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