定点観測装置、及び定点観測方法
【課題】天候や時間的制約の影響を受けずに、天体の動きを精度良く観測できる定点観測装置及び定点観測方法を提供することを目的とする。
【解決手段】等立体角や座標系等の目盛１１が付された透明半球１は、基盤６の平板６１上に載置されている。基盤６は水準器４によって水平に設置されており、足部６２によって所定の高さに支持されている。魚眼コンバータレンズ２を装着したカメラ３は、平板６１の孔６３越しに、レンズの光軸が透明半球１の天頂と中心を通過する直線Ａと一致するように、足部６２に支持部６５を介して固定された保持部６４に保持されている。カメラ３は、所定時間ごとに目盛１１が付された透明半球１越しに天体を撮像する。
【解決手段】等立体角や座標系等の目盛１１が付された透明半球１は、基盤６の平板６１上に載置されている。基盤６は水準器４によって水平に設置されており、足部６２によって所定の高さに支持されている。魚眼コンバータレンズ２を装着したカメラ３は、平板６１の孔６３越しに、レンズの光軸が透明半球１の天頂と中心を通過する直線Ａと一致するように、足部６２に支持部６５を介して固定された保持部６４に保持されている。カメラ３は、所定時間ごとに目盛１１が付された透明半球１越しに天体を撮像する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天体、例えば太陽の方位角・仰角の測定や、雲量測定などを、グローバルに簡易に行うための、定点観測装置及び定点観測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、理科教育で天体、たとえば太陽の動きを学習させる授業が行われる場合がある。この授業では、野外に設置した透明半球に太陽の位置を所定時間ごとに記録して、太陽の位置が変化していることを生徒に観察させる実験をすることがあった。
【０００３】
上記の実験では天候や時間的制約から、日の出から日の入りの間における太陽の動きや、季節の違いによる太陽の動きの変化を観察することが難しく改善が望まれていた。
【０００４】
一方、近年のネットワークの普及により、カメラで撮像された太陽の映像を、カメラに接続されたサーバーがネットワークを介してユーザ端末に配信する技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術によれば、ユーザは遠隔地点等の太陽の映像をリアルタイムに得られる。
【０００５】
また、魚眼レンズを使用したカメラで撮像した風景の画像と、コンピュータで作成した網目パターンの画像とを合成して、空が写っている網目の日射条件等を測定する技術が知られている（特許文献２参照）。この技術では、画像を印刷した透明シートを重ね合わせ、重ね合わせた透明シートの中心を固定させたまま、透明シートを所定角度だけ回転させて各シートの方位を一致させた合成図を作成する。
【０００６】
【特許文献１】特開平10-248061号公報
【特許文献２】特開平05-066153号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１と２の技術を用いれば、カメラが撮像した太陽の画像にコンピュータで作成した網目パターンを合成して、教室等に設置したコンピュータにネットワークを介して配信できる。これにより、天候等を気にすることなく現在の太陽の位置等を観察できる。
【０００８】
しかし、魚眼レンズのような広角レンズを用いた撮像では、レンズの光軸に対して大きい角度から光線が入射するため、撮像された画像に色にじみや周辺減光等を生じやすい。また、太陽のような極めて明るい光源を撮像する場合、輝度が高いためレンズ内で乱反射してゴーストやフレア等の迷光が生じやすい。夜間の撮像では、暗電流処理を行っても視野内の有効輝度値が電子ノイズに埋もれる可能性がある。そのため、魚眼レンズを用いて撮像された画像は、視野周辺が明瞭でないことが多い。
【０００９】
このように広波長域の撮像では、波長によって焦点距離が異なるために、像の大きさと位置とに差が出る色収差が生じる。そのため、網目パターンをレンズの焦点距離や視野角などの光学性能から算出したとしても、撮像された画像の投影を正確に表せない。また、レンズの焦点距離の代わりに、撮像された画像の画像上の距離又は画素距離から網目パターンを算出しようとしても、視野周辺の境界が明瞭でないために正確さに欠ける。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、天候や時間的制約の影響を受けずに、天体の動きを精度良く観測できる定点観測装置及び定点観測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の定点観測装置は、目盛が付された透明半球を少なくとも有する撮像補助部と、前記透明半球の内部から前記透明半球越しに被写体を撮像可能な位置に配置された撮像手段と、を有する撮像部を備えることを特徴とする。
また、前記撮像手段に接続されたネットワークと、前記ネットワークに接続されたコンピュータとを有し、前記コンピュータは、前記ネットワークを介して、前記撮像手段が撮像した画像データを取得してもよい。
また、前記コンピュータは、前記画像データを蓄積する画像蓄積手段を有してもよい。
本発明の定点観測方法は、撮像手段が、目盛が付された透明半球の内部から前記透明半球越しに被写体を撮像する撮像ステップと前記撮像手段が、ネットワークを介してコンピュータに前記撮像ステップで撮像した画像データを配信する配信ステップとを有することを特徴とする。
また、前記コンピュータは、前記画像データを取得する画像取得ステップと、取得した前記画像データから検出する前記目盛に基づいて区画を決定する区画決定ステップと、
取得した前記画像データを色分割処理する色分割ステップと、色分割処理した前記画像データの輝度値を二値化処理する二値化ステップと、二値化処理した前記画像データにおける前記目盛の各区画内の画素の色に基づいて、前記各区画を晴又は曇のいずれかに決定する区画天気決定ステップと、すべての区画数における前記曇の区画数の比率を雲量として決定する雲量決定ステップと、を実行してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の定点観測装置を全世界の各地域に設置することにより、地球の緯度・経度の違いによる天体、例えば、太陽の天球上の位置とその天球上の軌跡の違いや、雲の動き、雲量の違いが一目でわかる。また、あらゆる地域・季節の太陽の方位角・仰角や、雲の動き、雲量が実際の映像として記録でき、サーバーを介しこれらの画像や映像をネットワークで公開することで太陽の日周運動や雲量などを短時間で観察・学習することが可能となる。また、目盛を具備した透明半球越しに天体を撮像することで、時間経過に伴う天体の移動量及び位置の変化を、撮像された目盛に基づいて簡易かつ一義的に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜実施形態１＞
以下、本発明の定点観測装置Ｘを全天観測に適用した場合の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。図１は本実施形態の定点観測装置Ｘの全体構成を模式的に示した図である。図２は、本実施形態の定点観測装置Ｘの一部の側面を示した図である。
【００１４】
図１又は２において、１は、少なくとも半球と中空部とを有する球面上に目盛１１を設けた透明半球である。２は魚眼コンバータレンズであり、３はカメラ、４は水準器、５は方位磁石、６は基盤、７はネットワークインターフェイス、８はサーバー、９はネットワーク、１０ａ、１０ｂは、観察・表示用の複数のコンピュータ（以下、コンピュータ１０等という）である。
【００１５】
透明半球１は、光の吸収や散乱を生じにくくさせるために中空部を有し、アクリル樹脂や石英ガラス等の透明度の高い素材からなる。また、透明半球１は屋外に設置されるので、風雨に耐えうる硬化性を有していることが望ましい。なお、透明半球１は有色であってもよく、光吸収物質を含有する素材であったり、有色で塗布された球面を有したりすることにより、所定の波長のみ通過させるフィルター機能を備えていてもよい。例えば、透明半球１は、日中の撮像であれば、太陽の位置を確認可能な程度の透過性を持つ黒色であってもよい。
【００１６】
透明半球１には、測定方法に応じて等立体角や座標系等の目盛１１が付される。目盛１１は、直線でもよいし、破線や、点線でもよく、目盛として認識できる大きさ及び形状であればよい。また、目盛１１は、透明半球１の全体に付されていてもよいし、透明半球１の一部に付されていてもよい。本実施形態では、高度と方位角で天体の位置を表す地平座標を目盛１１とする。
【００１７】
目盛１１は、赤外線から可視光程度までの広波長域の中で明瞭に撮像されるために、例えば、昼間の太陽の撮像であれば可視光を吸収する黒色等を用い、夜間であれば赤外線を輻射する熱線等を用いるとよい。また、硫化亜鉛系やアルミン酸系ストロンチウム系等の蓄光性を有する物質を目盛１１に用いれば、目盛１１が夜間に発光するので終日の撮像も可能である。また、黄道の道筋にあたる側の目盛１１を太陽の白色の反対色である黒色とし、黄道の道筋にあたらない側の目盛１１を空の青色の反対色である黄色とする等して、複数色を用いて目盛１１を表してもよい。また、撮像波長範囲における目盛１１の背景値を測定し、その値と相反する値を目盛１１としてもよい。
【００１８】
透明半球１は、孔６３が中央に位置するように、天頂を上にして基盤６の平板６１上に載置される。透明半球１は、天球を模した半球を少なくとも有していれば良く、平板６１に接する開口部の形状を問わない。つまり、透明半球１は平板６１に載置され易いように、透明半球１の開口部に平板６１と水平な固定片、例えば透明半球１の切断面が略Ω状となるような円環を設けられてもよい。また、透明半球１の開口部に沿って筒状体や足部等を接合し、透明半球１の高さを調節可能としてもよい。
【００１９】
基盤６は、平板６１と足部６２と保持部６４とからなる。平板６１は、中央部に孔６３を有しており、足部６２によって地面から所定の高さに支持されている。孔６３は、カメラ３のレンズを挿入可能な大きさ以上であって、透明半球１の開口部の大きさより小さい。この平板６１の上面には、水準器４と方位磁石５とが設置されている。目盛１１が方位に関係する場合、目盛１１の方位と地理上の方位とを方位磁石５に基づいて合わせることができる。また、基盤６は水準器４を基準として水平に設置される。そのため、足部６２は各足ごとに高さ調節可能とするとよい。また、足部６２には、孔６３の中央に位置するよう保持部６４が支持部６５によって固定されている。そして、保持部６４は、カメラ３を保持可能な箱状等の形状を有している。
【００２０】
カメラ３には、カメラ３のレンズの光軸と光軸を揃えた魚眼コンバータレンズ２が装着されている。この魚眼コンバータレンズ２は、全天を撮像するために立体視野角２π（１８０度平面角）程度の撮像が可能であることが望ましい。なお、魚眼コンバータレンズ２と同等の撮像が可能な魚眼レンズを有するカメラ３であれば、魚眼コンバータレンズ２が不要であることは言うまでもない。以下、本実施形態では、カメラ３のレンズと魚眼コンバータレンズ２のレンズとを併せて、カメラ３のレンズという。なお、カメラ３は動画又は静止画の撮像が可能であり、連続又は断続して自動的に撮像するよう設定されているものとする。
【００２１】
カメラ３は、全天観測を行うために、孔６３越しに、透明半球１の天頂と中心とを貫く直線Ａとカメラ３のレンズの光軸とが一致し、カメラ３のレンズの焦点位置を目盛１１の高度０度の水平面上に合わせた状態で保持部６４に保持されている。
【００２２】
魚眼レンズの投影像は、視点（カメラの中心）を中心とした半径ｒの球面に視野全体を投影して、その投影した結果を平面に投影し直したものである。そのため、直線Ａとカメラ３の光軸とを一致させることで、目盛１１がカメラ３から等距離になるので、目盛１１に基づきカメラ３の投影像を簡易に測定できる。なお、本実施形態では、基盤６が水平に設置されているので、基盤６上に載置される透明半球１も水平となるため、直線Ａは鉛直線となり全天観測に好適である。
【００２３】
また、カメラ３は、ネットワーク公開するためのウェブサーバ機能を備えており、ブロードバンドルータ等であるネットワークインターフェイス７を介してネットワークに接続されている。同様に、サーバー８及びコンピュータ１０等も図示しないネットワークインターフェイスを介してネットワークに接続されている。
【００２４】
また、無線ＬＡＮ対応可能なカメラ３であれば、ＬＡＮケーブルの位置を考慮する必要がなく、ネットワークインターフェイス７等の通信機器等を屋内で管理できて好適である。なお、カメラ３の代わりにネットワーク機能を有しない通常のカメラを用いる場合、カメラ画像をネットワーク公開可能な機能を備えるネットワークカメラサーバ等を追加して備えればよい。また、持ち運び可能とするために、カメラ３等の屋外に設置する機器の電源を電池等で賄ってもよい。
【００２５】
カメラ３は、ネットワークを介して、撮像した画像や映像データをサーバー８に蓄積するとともに、所定のＷｅｂサイトに公開する。また、カメラ３は、ネットワークを介して、撮像した画像や映像データをコンピュータ１０等に送信又は蓄積してもよい。
【００２６】
コンピュータ１０等は、ネットワークを介して、カメラ３の画像データ等を公開しているＷｅｂサイト、サーバー８又は直接カメラ３にアクセスして、画像データ等を取得してディスプレイに表示する。なお、カメラ３の制御は、サーバー８又はコンピュータ１０等からネットワークを介して行われるとよい。
【００２７】
このように、撮像された画像データ等はサーバー８に蓄積されるので、例えば蓄積された画像データを蓄積された順に連続して再生することで、授業時間中に太陽の日周運動の軌跡をコンピュータ１０等に表示させて確認できる。また、蓄積された各画像データを目盛１１に沿って又は各画像データの中心を合わせて重ね合わせることで一枚の画像データを合成し、合成した画像から太陽の位置の変化を確認してもよい。
【００２８】
また、撮像された画像データを蓄積することで、太陽の軌道を季節ごとに比較する学習も可能である。図３は四季の太陽の位置変化を表した図である。図３に示すように、例えば、蓄積された画像データを基に、ある観察地点の四季の映像から、一定時間ごとの方位角・仰角の測定結果を、横軸に方位角、縦軸に仰角（高度）としてプロットすることで、季節ごとの軌道の違いを確認できる。また、定点観測装置Ｘを世界各地に設置することで、緯度や経度の違いによる太陽等の動きの違いを比較できる。
【００２９】
なお、目盛１１も被写体と同様の色収差の影響を受けることになる。しかし、撮像時点における収差量は目盛１１と被写体とで同等であるため、目盛１１に基づいて太陽の位置変化を相対的に確認できる。これにより、どのような投影方法のレンズであっても、また、レンズの詳細な光学性能が不明であっても、さらにどの種類のカメラであっても、撮像された画像データに目盛１１が入るので、被写体の位置変化を簡易に正確に表せる。また、目盛１１に基づいて色収差や他の収差の補正を行うことで、画像データ全体の収差を簡易に補正できる。
【００３０】
本実施形態では、基盤６を用いて透明半球１とカメラ３とを設置したが、目盛１１が撮像範囲に入るように被写体を撮像できるのであれば基盤６は必ずしも必要でない。例えば、地面に置かれたカメラ３に透明半球１を被せてもよい。また、直線Ａは、透明半球１のいずれか１点を通過していればよく、必ずしも透明半球１の天頂と中心とを通過しなくてもよい。
【００３１】
なお、本実施形態では太陽の日周運動を例示したが、高感度のカメラを用いることで、夜間の月や星をリアルタイムで観察したり、運動の様子を表示したりすることもできる他、例えば月の満ち欠けのような数日に亘る変化や、季節の変化に伴う星座などの位置変化を表示することもできる。また、カメラ３が透明半球１の目盛１１越しに海岸線を撮像すれば、目盛１１に基づいて波の高さを測定することもできる。また、ネットワーク９を介した画像データの蓄積に限らず、カメラ３のメモリ又はフィルム等に画像データを蓄積してもよいことは言うまでもない。
【００３２】
また、本実施形態では、全周撮像可能なカメラ３を用いた全天観測について説明したが、全周を撮像範囲に収めることが不要である場合、カメラ３のレンズの種類は魚眼レンズに限らず何であってもよい。この場合、カメラ３は透明半球１の目盛１１越しに被写体を撮像できればよいので、透明半球１の設置向きやカメラ３の撮像方向は限定されない。例えば、天頂を上に向けて設置され高度と方位を表す目盛１１が付された透明半球１の内部に、撮像方向を北に向けて設置され、魚眼レンズより視野角の狭い広角レンズを装着したカメラ３が、夜間に透明半球１の目盛１１越しに撮像すれば、撮像された目盛１１によって北方向の星座の動きを確認できる。
【００３３】
＜実施形態２＞
図２に示した定点観測装置Ｘは、雲量の測定に適用できる。図４は本実施形態に係るサーバー８０（実施形態１のサーバー８に対応する）の機能ブロック図である。図４で実線の矢印はデータの流れを表し、点線は制御信号の流れを表す。実施形態１と同様の構成には同一符号を付し説明を省略する。
【００３４】
サーバー８０は、画像取得部８２と画像処理部８３と雲量決定部８４とを制御する雲量測定制御部８６と、画像蓄積部８１と、表示部８５とを有する。画像蓄積部８１は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等よりなり、カメラ３が撮像した画像データを蓄積している。表示部８５は、ディスプレイ等よりなり、雲量を表示する。雲量測定制御部８６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等よりなり、図示せぬ記憶部に格納されたプログラムを実行することで本実施形態の処理を行う。
【００３５】
次に、図５を参照して、画像取得部８２と画像処理部８３と雲量決定部８４との処理を中心に説明する。図５は、雲量測定のフローチャートである。図６は、等立体角（2π／15ステラジアン）の目盛１１が付された透明半球１を、カメラ３が撮像した画像である。画像蓄積部８１には、カメラ３が撮像した図６に示すような画像データが予め蓄積されているものとする。本実施形態の目盛１１は、後述する区画の境界を表す。
【００３６】
まず、画像取得部８２は、画像データを画像蓄積部８１から取得し、画像処理部８３に渡す（ステップａ１）。
【００３７】
次に、画像処理部８３は、画像データをＲＧＢに色分割する（ステップａ２）。画像処理部８３は、画像データから目盛１１を読み取り、区画の境界（目盛１１）を検出する。画像処理部８３は、検出した区画の境界（目盛１１）に基づいて区画の境界内の連続した画素領域を１つの区画として、各区画を決定する区画決定処理を行う（ステップａ３）。画像処理部８３は、例えば目盛１１が黒の場合、Ｒ＋Ｇ＋Ｂ＜＝閾値（加色法）となる画素を目盛１１として読み取ればよい。以降の処理は、検出された各区画に対して行う。
【００３８】
画像処理部８３は、ＲＧＢに色分割した画像データを（ａ×Ｂｌｕｅ−Ｒｅｄ）ｎで演算する（ステップａ４）。なお、ａ、ｎとは撮像光学系に依存する定数である。Ｒｅｄでは、雲のある箇所が雲のない箇所より高輝度で出力される。Ｂｌｕｅでは、Ｒｅｄほど雲のある箇所と雲のない箇所との間で差が出ない。ＲＧＢのすべてが高輝度の場合、白くなるので雲のある箇所とし、Ｂｌｕｅのみ高輝度でＲｅｄが低輝度であれば雲のない箇所、すなわち晴となる。この差を出すために、Ｂｌｕｅにａを乗じて、Ｒｅｄとの差を付ける。カメラ３によって光学系の波長依存があるが、ａは基本的に１で処理できる。なお、ａは０も可能な場合がある。また、ｎは（ａ×Ｂｌｕｅ−Ｒｅｄ）ｎから導かれる輝度値や、閾値として定める（ａ×Ｂｌｕｅ−Ｒｅｄ）ｎを整数化したり演算された値を強調したりするために用いる。ｎもａと同様に１で処理して問題ない場合が多い。ただし、画像データに雲や空以外の建物等の物体が写っている場合等のａの値を固定する必要があるときに、ｎの値を大きくすることで、建物等の物体と測定対象となる雲や空との区別を付けやすくできる。
【００３９】
画像処理部８３は、二値化処理として、演算した画像データの輝度値を所定の閾値と比較し（ステップａ５）、閾値より大きい輝度値の画素の色を白とし（ステップａ６）、閾値以下の輝度値の画素の色を黒とする（ステップａ７）。なお、所定の閾値とは撮像光学系に依存する値である。そして、画像処理部８３は、すべての輝度値の二値化処理を終了したか判断する（ステップａ８）。画像処理部８３は、二値化処理を終了したと判断したとき（ステップａ８でＹｅｓ）は、雲量決定部８４に二値化処理を終えた画像データを渡し、区画ごとの天気を決定する処理に進む（ステップａ９）。画像処理部８３は、二値化処理を終了していないと判断したとき（ステップａ８でＮｏ）は、ステップａ５〜ステップａ８の処理を繰り返す。図７は二値化処理を終えた画像データのイメージ図である。
【００４０】
次に、雲量決定部８４は、画像処理部８３によって検出された各区画内における白と黒の画素数を比較し、各区画の天気を晴又は曇に決定する（ステップａ９）。具体的には、白の画素数が黒の画素数より多い場合の天気を晴とし、その他の場合の天気を曇とする。
【００４１】
雲量決定部８４は、全区画の天気を決定し終えると、全区画数における曇の区画数の比率を例えば１０段階で表した雲量を表示部８５に出力する（ステップａ１０）。
【００４２】
以上の処理により、撮像された画像データの目盛１１に基づいて雲量を測定できる。また、視野境界が明確な画像データに基づいて雲量測定を行えるので、精度良く測定できる。なお、目盛１１の区画数を増加させることで雲量測定の精度を向上させられる。また、上記ステップａ１０では、雲量決定部８４が雲量を表示部８５に出力したが、紙に印刷したり、音声で読み上げたりしてもよく、雲量決定部８４の出力形態を問わない。
【００４３】
また、雲量の測定を一定時間毎に行い、横軸を測定時間として測定結果をプロットすることにより、雲量の変化を視覚的に理解することが容易なグラフを得ることができる。図８は、日中の雲量の変化をプロットしたグラフの一例である。図８では、朝６時から夕方６時までの雲量の変化を示している。
【００４４】
なお、上記処理では二値化処理をＲＧＢに色分割した画像データに対して行ったが、ＣＭＹＫに色分割した画像データに対して行っても良い。図９はＣＭＹＫに色分割して雲量測定を行うフローチャートである。図５と同様の処理には同一の符号を付して説明を省略する。以下、図５の処理と異なるステップａ２０〜ステップａ８０について説明する。
【００４５】
画像処理部８３は、画像データをＣＭＹＫに色分割する（ステップａ２０）。画像処理部８３は、画像データから目盛１１を読み取り、区画の境界（目盛１１）を検出する。画像処理部８３は、検出した区画の境界（目盛１１）に基づいて区画の境界内の連続した画素領域を１つの区画として、各区画を決定する区画決定処理を行う（ステップａ３０）。画像処理部８３は、例えば目盛１１が黒の場合、Ｋ＞＝閾値（減色法）となる画素を目盛１１として読み取ればよい。以降の処理は、検出された各区画に対して行う。
【００４６】
次に、画像処理部８３は、ＣＭＹＫに色分割した画像データを（Ｃｙａｎ／ａ×ｂｌａｃＫ）ｎで演算する（ステップａ４０）。Ｃｙａｎでは雲のある箇所、雲のない箇所がともに高輝度で出力される。ｂｌａｃＫでは雲のある箇所のみ低輝度で出力される。
【００４７】
画像処理部８３は、二値化処理として、演算した画像データの輝度値を所定の閾値と比較する（ステップａ５０）。ここで、画像処理部８３は、ステップａ５とは反対に、閾値より小さい輝度値の画素の色を白とし（ステップａ６０）、閾値以上の輝度値の画素の色を黒とする（ステップａ７０）。これは、ＣｙａｎをｂｌａｃＫで除算しているので、ＲＧＢ分割した場合と比べて、雲のある箇所と雲のない箇所との数値の大小関係が逆になっているためである。そして、画像処理部８３は、すべての輝度値の二値化処理を終了したか判断する（ステップａ８０）。画像処理部８３は、二値化処理を終了したと判断したとき（ステップａ８０でＹｅｓ）は、雲量決定部８４に二値化処理を終えた画像データを渡し、区画ごとの天気を決定する処理に進む（ステップａ９）。画像処理部８３は、二値化処理を終了していないと判断したとき（ステップａ８０でＮｏ）は、ステップａ５０〜ステップａ８０の処理を繰り返す。
【００４８】
上記処理により、ＣＭＹＫで色分割処理した画像データの二値化処理を終え、ＲＧＢで色分割処理した図５と同様に、ステップａ９〜ステップａ１０の処理を行うことで雲量を出力できる。
【００４９】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれる。即ち、当業者であればなし得るであろう各種変形、修正は本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
定点観測を行う監視カメラや天体観測装置としての利用ができる。天体観測装置として用いる場合、学校教育における理科教材としての利用が可能である。さらには画像・映像コンテンツとしての利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態１に係る定点観測装置を模式的に表した図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る定点観測装置の撮像部の側面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る定点観測装置を用いて四季の太陽の位置変化を表した図である。
【図４】本発明の実施形態２に係るサーバーの機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る雲量測定においてＲＧＢで色分割処理する場合のフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態２に係る等立体角の目盛が付された透明半球が撮像された画像のイメージ図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る二値化処理を終えた画像のイメージ図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る雲量測定において雲量の時間変化を表した図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る雲量測定においてＣＭＹＫで色分割処理する場合のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・透明半球
１０ａ、１０ｂ・・・観察・表示用コンピュータ
１１・・目盛
２・・・魚眼コンバータレンズ
３・・・カメラ（撮像手段）
４・・・水準器
５・・・方位磁石
６・・・基盤
６１・・平板
６２・・足部
６３・・孔
６４・・保持部
６５・・支持部
７・・・ネットワークインターフェイス
８、８０・・・サーバー
８１・・画像蓄積部
８２・・画像取得部
８３・・画像処理部
８４・・雲量決定部
８５・・表示部
８６・・雲量測定制御部
９・・・ネットワーク
Ｘ・・・定点観測装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天体、例えば太陽の方位角・仰角の測定や、雲量測定などを、グローバルに簡易に行うための、定点観測装置及び定点観測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、理科教育で天体、たとえば太陽の動きを学習させる授業が行われる場合がある。この授業では、野外に設置した透明半球に太陽の位置を所定時間ごとに記録して、太陽の位置が変化していることを生徒に観察させる実験をすることがあった。
【０００３】
上記の実験では天候や時間的制約から、日の出から日の入りの間における太陽の動きや、季節の違いによる太陽の動きの変化を観察することが難しく改善が望まれていた。
【０００４】
一方、近年のネットワークの普及により、カメラで撮像された太陽の映像を、カメラに接続されたサーバーがネットワークを介してユーザ端末に配信する技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術によれば、ユーザは遠隔地点等の太陽の映像をリアルタイムに得られる。
【０００５】
また、魚眼レンズを使用したカメラで撮像した風景の画像と、コンピュータで作成した網目パターンの画像とを合成して、空が写っている網目の日射条件等を測定する技術が知られている（特許文献２参照）。この技術では、画像を印刷した透明シートを重ね合わせ、重ね合わせた透明シートの中心を固定させたまま、透明シートを所定角度だけ回転させて各シートの方位を一致させた合成図を作成する。
【０００６】
【特許文献１】特開平10-248061号公報
【特許文献２】特開平05-066153号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１と２の技術を用いれば、カメラが撮像した太陽の画像にコンピュータで作成した網目パターンを合成して、教室等に設置したコンピュータにネットワークを介して配信できる。これにより、天候等を気にすることなく現在の太陽の位置等を観察できる。
【０００８】
しかし、魚眼レンズのような広角レンズを用いた撮像では、レンズの光軸に対して大きい角度から光線が入射するため、撮像された画像に色にじみや周辺減光等を生じやすい。また、太陽のような極めて明るい光源を撮像する場合、輝度が高いためレンズ内で乱反射してゴーストやフレア等の迷光が生じやすい。夜間の撮像では、暗電流処理を行っても視野内の有効輝度値が電子ノイズに埋もれる可能性がある。そのため、魚眼レンズを用いて撮像された画像は、視野周辺が明瞭でないことが多い。
【０００９】
このように広波長域の撮像では、波長によって焦点距離が異なるために、像の大きさと位置とに差が出る色収差が生じる。そのため、網目パターンをレンズの焦点距離や視野角などの光学性能から算出したとしても、撮像された画像の投影を正確に表せない。また、レンズの焦点距離の代わりに、撮像された画像の画像上の距離又は画素距離から網目パターンを算出しようとしても、視野周辺の境界が明瞭でないために正確さに欠ける。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、天候や時間的制約の影響を受けずに、天体の動きを精度良く観測できる定点観測装置及び定点観測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の定点観測装置は、目盛が付された透明半球を少なくとも有する撮像補助部と、前記透明半球の内部から前記透明半球越しに被写体を撮像可能な位置に配置された撮像手段と、を有する撮像部を備えることを特徴とする。
また、前記撮像手段に接続されたネットワークと、前記ネットワークに接続されたコンピュータとを有し、前記コンピュータは、前記ネットワークを介して、前記撮像手段が撮像した画像データを取得してもよい。
また、前記コンピュータは、前記画像データを蓄積する画像蓄積手段を有してもよい。
本発明の定点観測方法は、撮像手段が、目盛が付された透明半球の内部から前記透明半球越しに被写体を撮像する撮像ステップと前記撮像手段が、ネットワークを介してコンピュータに前記撮像ステップで撮像した画像データを配信する配信ステップとを有することを特徴とする。
また、前記コンピュータは、前記画像データを取得する画像取得ステップと、取得した前記画像データから検出する前記目盛に基づいて区画を決定する区画決定ステップと、
取得した前記画像データを色分割処理する色分割ステップと、色分割処理した前記画像データの輝度値を二値化処理する二値化ステップと、二値化処理した前記画像データにおける前記目盛の各区画内の画素の色に基づいて、前記各区画を晴又は曇のいずれかに決定する区画天気決定ステップと、すべての区画数における前記曇の区画数の比率を雲量として決定する雲量決定ステップと、を実行してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の定点観測装置を全世界の各地域に設置することにより、地球の緯度・経度の違いによる天体、例えば、太陽の天球上の位置とその天球上の軌跡の違いや、雲の動き、雲量の違いが一目でわかる。また、あらゆる地域・季節の太陽の方位角・仰角や、雲の動き、雲量が実際の映像として記録でき、サーバーを介しこれらの画像や映像をネットワークで公開することで太陽の日周運動や雲量などを短時間で観察・学習することが可能となる。また、目盛を具備した透明半球越しに天体を撮像することで、時間経過に伴う天体の移動量及び位置の変化を、撮像された目盛に基づいて簡易かつ一義的に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜実施形態１＞
以下、本発明の定点観測装置Ｘを全天観測に適用した場合の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。図１は本実施形態の定点観測装置Ｘの全体構成を模式的に示した図である。図２は、本実施形態の定点観測装置Ｘの一部の側面を示した図である。
【００１４】
図１又は２において、１は、少なくとも半球と中空部とを有する球面上に目盛１１を設けた透明半球である。２は魚眼コンバータレンズであり、３はカメラ、４は水準器、５は方位磁石、６は基盤、７はネットワークインターフェイス、８はサーバー、９はネットワーク、１０ａ、１０ｂは、観察・表示用の複数のコンピュータ（以下、コンピュータ１０等という）である。
【００１５】
透明半球１は、光の吸収や散乱を生じにくくさせるために中空部を有し、アクリル樹脂や石英ガラス等の透明度の高い素材からなる。また、透明半球１は屋外に設置されるので、風雨に耐えうる硬化性を有していることが望ましい。なお、透明半球１は有色であってもよく、光吸収物質を含有する素材であったり、有色で塗布された球面を有したりすることにより、所定の波長のみ通過させるフィルター機能を備えていてもよい。例えば、透明半球１は、日中の撮像であれば、太陽の位置を確認可能な程度の透過性を持つ黒色であってもよい。
【００１６】
透明半球１には、測定方法に応じて等立体角や座標系等の目盛１１が付される。目盛１１は、直線でもよいし、破線や、点線でもよく、目盛として認識できる大きさ及び形状であればよい。また、目盛１１は、透明半球１の全体に付されていてもよいし、透明半球１の一部に付されていてもよい。本実施形態では、高度と方位角で天体の位置を表す地平座標を目盛１１とする。
【００１７】
目盛１１は、赤外線から可視光程度までの広波長域の中で明瞭に撮像されるために、例えば、昼間の太陽の撮像であれば可視光を吸収する黒色等を用い、夜間であれば赤外線を輻射する熱線等を用いるとよい。また、硫化亜鉛系やアルミン酸系ストロンチウム系等の蓄光性を有する物質を目盛１１に用いれば、目盛１１が夜間に発光するので終日の撮像も可能である。また、黄道の道筋にあたる側の目盛１１を太陽の白色の反対色である黒色とし、黄道の道筋にあたらない側の目盛１１を空の青色の反対色である黄色とする等して、複数色を用いて目盛１１を表してもよい。また、撮像波長範囲における目盛１１の背景値を測定し、その値と相反する値を目盛１１としてもよい。
【００１８】
透明半球１は、孔６３が中央に位置するように、天頂を上にして基盤６の平板６１上に載置される。透明半球１は、天球を模した半球を少なくとも有していれば良く、平板６１に接する開口部の形状を問わない。つまり、透明半球１は平板６１に載置され易いように、透明半球１の開口部に平板６１と水平な固定片、例えば透明半球１の切断面が略Ω状となるような円環を設けられてもよい。また、透明半球１の開口部に沿って筒状体や足部等を接合し、透明半球１の高さを調節可能としてもよい。
【００１９】
基盤６は、平板６１と足部６２と保持部６４とからなる。平板６１は、中央部に孔６３を有しており、足部６２によって地面から所定の高さに支持されている。孔６３は、カメラ３のレンズを挿入可能な大きさ以上であって、透明半球１の開口部の大きさより小さい。この平板６１の上面には、水準器４と方位磁石５とが設置されている。目盛１１が方位に関係する場合、目盛１１の方位と地理上の方位とを方位磁石５に基づいて合わせることができる。また、基盤６は水準器４を基準として水平に設置される。そのため、足部６２は各足ごとに高さ調節可能とするとよい。また、足部６２には、孔６３の中央に位置するよう保持部６４が支持部６５によって固定されている。そして、保持部６４は、カメラ３を保持可能な箱状等の形状を有している。
【００２０】
カメラ３には、カメラ３のレンズの光軸と光軸を揃えた魚眼コンバータレンズ２が装着されている。この魚眼コンバータレンズ２は、全天を撮像するために立体視野角２π（１８０度平面角）程度の撮像が可能であることが望ましい。なお、魚眼コンバータレンズ２と同等の撮像が可能な魚眼レンズを有するカメラ３であれば、魚眼コンバータレンズ２が不要であることは言うまでもない。以下、本実施形態では、カメラ３のレンズと魚眼コンバータレンズ２のレンズとを併せて、カメラ３のレンズという。なお、カメラ３は動画又は静止画の撮像が可能であり、連続又は断続して自動的に撮像するよう設定されているものとする。
【００２１】
カメラ３は、全天観測を行うために、孔６３越しに、透明半球１の天頂と中心とを貫く直線Ａとカメラ３のレンズの光軸とが一致し、カメラ３のレンズの焦点位置を目盛１１の高度０度の水平面上に合わせた状態で保持部６４に保持されている。
【００２２】
魚眼レンズの投影像は、視点（カメラの中心）を中心とした半径ｒの球面に視野全体を投影して、その投影した結果を平面に投影し直したものである。そのため、直線Ａとカメラ３の光軸とを一致させることで、目盛１１がカメラ３から等距離になるので、目盛１１に基づきカメラ３の投影像を簡易に測定できる。なお、本実施形態では、基盤６が水平に設置されているので、基盤６上に載置される透明半球１も水平となるため、直線Ａは鉛直線となり全天観測に好適である。
【００２３】
また、カメラ３は、ネットワーク公開するためのウェブサーバ機能を備えており、ブロードバンドルータ等であるネットワークインターフェイス７を介してネットワークに接続されている。同様に、サーバー８及びコンピュータ１０等も図示しないネットワークインターフェイスを介してネットワークに接続されている。
【００２４】
また、無線ＬＡＮ対応可能なカメラ３であれば、ＬＡＮケーブルの位置を考慮する必要がなく、ネットワークインターフェイス７等の通信機器等を屋内で管理できて好適である。なお、カメラ３の代わりにネットワーク機能を有しない通常のカメラを用いる場合、カメラ画像をネットワーク公開可能な機能を備えるネットワークカメラサーバ等を追加して備えればよい。また、持ち運び可能とするために、カメラ３等の屋外に設置する機器の電源を電池等で賄ってもよい。
【００２５】
カメラ３は、ネットワークを介して、撮像した画像や映像データをサーバー８に蓄積するとともに、所定のＷｅｂサイトに公開する。また、カメラ３は、ネットワークを介して、撮像した画像や映像データをコンピュータ１０等に送信又は蓄積してもよい。
【００２６】
コンピュータ１０等は、ネットワークを介して、カメラ３の画像データ等を公開しているＷｅｂサイト、サーバー８又は直接カメラ３にアクセスして、画像データ等を取得してディスプレイに表示する。なお、カメラ３の制御は、サーバー８又はコンピュータ１０等からネットワークを介して行われるとよい。
【００２７】
このように、撮像された画像データ等はサーバー８に蓄積されるので、例えば蓄積された画像データを蓄積された順に連続して再生することで、授業時間中に太陽の日周運動の軌跡をコンピュータ１０等に表示させて確認できる。また、蓄積された各画像データを目盛１１に沿って又は各画像データの中心を合わせて重ね合わせることで一枚の画像データを合成し、合成した画像から太陽の位置の変化を確認してもよい。
【００２８】
また、撮像された画像データを蓄積することで、太陽の軌道を季節ごとに比較する学習も可能である。図３は四季の太陽の位置変化を表した図である。図３に示すように、例えば、蓄積された画像データを基に、ある観察地点の四季の映像から、一定時間ごとの方位角・仰角の測定結果を、横軸に方位角、縦軸に仰角（高度）としてプロットすることで、季節ごとの軌道の違いを確認できる。また、定点観測装置Ｘを世界各地に設置することで、緯度や経度の違いによる太陽等の動きの違いを比較できる。
【００２９】
なお、目盛１１も被写体と同様の色収差の影響を受けることになる。しかし、撮像時点における収差量は目盛１１と被写体とで同等であるため、目盛１１に基づいて太陽の位置変化を相対的に確認できる。これにより、どのような投影方法のレンズであっても、また、レンズの詳細な光学性能が不明であっても、さらにどの種類のカメラであっても、撮像された画像データに目盛１１が入るので、被写体の位置変化を簡易に正確に表せる。また、目盛１１に基づいて色収差や他の収差の補正を行うことで、画像データ全体の収差を簡易に補正できる。
【００３０】
本実施形態では、基盤６を用いて透明半球１とカメラ３とを設置したが、目盛１１が撮像範囲に入るように被写体を撮像できるのであれば基盤６は必ずしも必要でない。例えば、地面に置かれたカメラ３に透明半球１を被せてもよい。また、直線Ａは、透明半球１のいずれか１点を通過していればよく、必ずしも透明半球１の天頂と中心とを通過しなくてもよい。
【００３１】
なお、本実施形態では太陽の日周運動を例示したが、高感度のカメラを用いることで、夜間の月や星をリアルタイムで観察したり、運動の様子を表示したりすることもできる他、例えば月の満ち欠けのような数日に亘る変化や、季節の変化に伴う星座などの位置変化を表示することもできる。また、カメラ３が透明半球１の目盛１１越しに海岸線を撮像すれば、目盛１１に基づいて波の高さを測定することもできる。また、ネットワーク９を介した画像データの蓄積に限らず、カメラ３のメモリ又はフィルム等に画像データを蓄積してもよいことは言うまでもない。
【００３２】
また、本実施形態では、全周撮像可能なカメラ３を用いた全天観測について説明したが、全周を撮像範囲に収めることが不要である場合、カメラ３のレンズの種類は魚眼レンズに限らず何であってもよい。この場合、カメラ３は透明半球１の目盛１１越しに被写体を撮像できればよいので、透明半球１の設置向きやカメラ３の撮像方向は限定されない。例えば、天頂を上に向けて設置され高度と方位を表す目盛１１が付された透明半球１の内部に、撮像方向を北に向けて設置され、魚眼レンズより視野角の狭い広角レンズを装着したカメラ３が、夜間に透明半球１の目盛１１越しに撮像すれば、撮像された目盛１１によって北方向の星座の動きを確認できる。
【００３３】
＜実施形態２＞
図２に示した定点観測装置Ｘは、雲量の測定に適用できる。図４は本実施形態に係るサーバー８０（実施形態１のサーバー８に対応する）の機能ブロック図である。図４で実線の矢印はデータの流れを表し、点線は制御信号の流れを表す。実施形態１と同様の構成には同一符号を付し説明を省略する。
【００３４】
サーバー８０は、画像取得部８２と画像処理部８３と雲量決定部８４とを制御する雲量測定制御部８６と、画像蓄積部８１と、表示部８５とを有する。画像蓄積部８１は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等よりなり、カメラ３が撮像した画像データを蓄積している。表示部８５は、ディスプレイ等よりなり、雲量を表示する。雲量測定制御部８６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等よりなり、図示せぬ記憶部に格納されたプログラムを実行することで本実施形態の処理を行う。
【００３５】
次に、図５を参照して、画像取得部８２と画像処理部８３と雲量決定部８４との処理を中心に説明する。図５は、雲量測定のフローチャートである。図６は、等立体角（2π／15ステラジアン）の目盛１１が付された透明半球１を、カメラ３が撮像した画像である。画像蓄積部８１には、カメラ３が撮像した図６に示すような画像データが予め蓄積されているものとする。本実施形態の目盛１１は、後述する区画の境界を表す。
【００３６】
まず、画像取得部８２は、画像データを画像蓄積部８１から取得し、画像処理部８３に渡す（ステップａ１）。
【００３７】
次に、画像処理部８３は、画像データをＲＧＢに色分割する（ステップａ２）。画像処理部８３は、画像データから目盛１１を読み取り、区画の境界（目盛１１）を検出する。画像処理部８３は、検出した区画の境界（目盛１１）に基づいて区画の境界内の連続した画素領域を１つの区画として、各区画を決定する区画決定処理を行う（ステップａ３）。画像処理部８３は、例えば目盛１１が黒の場合、Ｒ＋Ｇ＋Ｂ＜＝閾値（加色法）となる画素を目盛１１として読み取ればよい。以降の処理は、検出された各区画に対して行う。
【００３８】
画像処理部８３は、ＲＧＢに色分割した画像データを（ａ×Ｂｌｕｅ−Ｒｅｄ）ｎで演算する（ステップａ４）。なお、ａ、ｎとは撮像光学系に依存する定数である。Ｒｅｄでは、雲のある箇所が雲のない箇所より高輝度で出力される。Ｂｌｕｅでは、Ｒｅｄほど雲のある箇所と雲のない箇所との間で差が出ない。ＲＧＢのすべてが高輝度の場合、白くなるので雲のある箇所とし、Ｂｌｕｅのみ高輝度でＲｅｄが低輝度であれば雲のない箇所、すなわち晴となる。この差を出すために、Ｂｌｕｅにａを乗じて、Ｒｅｄとの差を付ける。カメラ３によって光学系の波長依存があるが、ａは基本的に１で処理できる。なお、ａは０も可能な場合がある。また、ｎは（ａ×Ｂｌｕｅ−Ｒｅｄ）ｎから導かれる輝度値や、閾値として定める（ａ×Ｂｌｕｅ−Ｒｅｄ）ｎを整数化したり演算された値を強調したりするために用いる。ｎもａと同様に１で処理して問題ない場合が多い。ただし、画像データに雲や空以外の建物等の物体が写っている場合等のａの値を固定する必要があるときに、ｎの値を大きくすることで、建物等の物体と測定対象となる雲や空との区別を付けやすくできる。
【００３９】
画像処理部８３は、二値化処理として、演算した画像データの輝度値を所定の閾値と比較し（ステップａ５）、閾値より大きい輝度値の画素の色を白とし（ステップａ６）、閾値以下の輝度値の画素の色を黒とする（ステップａ７）。なお、所定の閾値とは撮像光学系に依存する値である。そして、画像処理部８３は、すべての輝度値の二値化処理を終了したか判断する（ステップａ８）。画像処理部８３は、二値化処理を終了したと判断したとき（ステップａ８でＹｅｓ）は、雲量決定部８４に二値化処理を終えた画像データを渡し、区画ごとの天気を決定する処理に進む（ステップａ９）。画像処理部８３は、二値化処理を終了していないと判断したとき（ステップａ８でＮｏ）は、ステップａ５〜ステップａ８の処理を繰り返す。図７は二値化処理を終えた画像データのイメージ図である。
【００４０】
次に、雲量決定部８４は、画像処理部８３によって検出された各区画内における白と黒の画素数を比較し、各区画の天気を晴又は曇に決定する（ステップａ９）。具体的には、白の画素数が黒の画素数より多い場合の天気を晴とし、その他の場合の天気を曇とする。
【００４１】
雲量決定部８４は、全区画の天気を決定し終えると、全区画数における曇の区画数の比率を例えば１０段階で表した雲量を表示部８５に出力する（ステップａ１０）。
【００４２】
以上の処理により、撮像された画像データの目盛１１に基づいて雲量を測定できる。また、視野境界が明確な画像データに基づいて雲量測定を行えるので、精度良く測定できる。なお、目盛１１の区画数を増加させることで雲量測定の精度を向上させられる。また、上記ステップａ１０では、雲量決定部８４が雲量を表示部８５に出力したが、紙に印刷したり、音声で読み上げたりしてもよく、雲量決定部８４の出力形態を問わない。
【００４３】
また、雲量の測定を一定時間毎に行い、横軸を測定時間として測定結果をプロットすることにより、雲量の変化を視覚的に理解することが容易なグラフを得ることができる。図８は、日中の雲量の変化をプロットしたグラフの一例である。図８では、朝６時から夕方６時までの雲量の変化を示している。
【００４４】
なお、上記処理では二値化処理をＲＧＢに色分割した画像データに対して行ったが、ＣＭＹＫに色分割した画像データに対して行っても良い。図９はＣＭＹＫに色分割して雲量測定を行うフローチャートである。図５と同様の処理には同一の符号を付して説明を省略する。以下、図５の処理と異なるステップａ２０〜ステップａ８０について説明する。
【００４５】
画像処理部８３は、画像データをＣＭＹＫに色分割する（ステップａ２０）。画像処理部８３は、画像データから目盛１１を読み取り、区画の境界（目盛１１）を検出する。画像処理部８３は、検出した区画の境界（目盛１１）に基づいて区画の境界内の連続した画素領域を１つの区画として、各区画を決定する区画決定処理を行う（ステップａ３０）。画像処理部８３は、例えば目盛１１が黒の場合、Ｋ＞＝閾値（減色法）となる画素を目盛１１として読み取ればよい。以降の処理は、検出された各区画に対して行う。
【００４６】
次に、画像処理部８３は、ＣＭＹＫに色分割した画像データを（Ｃｙａｎ／ａ×ｂｌａｃＫ）ｎで演算する（ステップａ４０）。Ｃｙａｎでは雲のある箇所、雲のない箇所がともに高輝度で出力される。ｂｌａｃＫでは雲のある箇所のみ低輝度で出力される。
【００４７】
画像処理部８３は、二値化処理として、演算した画像データの輝度値を所定の閾値と比較する（ステップａ５０）。ここで、画像処理部８３は、ステップａ５とは反対に、閾値より小さい輝度値の画素の色を白とし（ステップａ６０）、閾値以上の輝度値の画素の色を黒とする（ステップａ７０）。これは、ＣｙａｎをｂｌａｃＫで除算しているので、ＲＧＢ分割した場合と比べて、雲のある箇所と雲のない箇所との数値の大小関係が逆になっているためである。そして、画像処理部８３は、すべての輝度値の二値化処理を終了したか判断する（ステップａ８０）。画像処理部８３は、二値化処理を終了したと判断したとき（ステップａ８０でＹｅｓ）は、雲量決定部８４に二値化処理を終えた画像データを渡し、区画ごとの天気を決定する処理に進む（ステップａ９）。画像処理部８３は、二値化処理を終了していないと判断したとき（ステップａ８０でＮｏ）は、ステップａ５０〜ステップａ８０の処理を繰り返す。
【００４８】
上記処理により、ＣＭＹＫで色分割処理した画像データの二値化処理を終え、ＲＧＢで色分割処理した図５と同様に、ステップａ９〜ステップａ１０の処理を行うことで雲量を出力できる。
【００４９】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれる。即ち、当業者であればなし得るであろう各種変形、修正は本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
定点観測を行う監視カメラや天体観測装置としての利用ができる。天体観測装置として用いる場合、学校教育における理科教材としての利用が可能である。さらには画像・映像コンテンツとしての利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態１に係る定点観測装置を模式的に表した図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る定点観測装置の撮像部の側面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る定点観測装置を用いて四季の太陽の位置変化を表した図である。
【図４】本発明の実施形態２に係るサーバーの機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る雲量測定においてＲＧＢで色分割処理する場合のフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態２に係る等立体角の目盛が付された透明半球が撮像された画像のイメージ図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る二値化処理を終えた画像のイメージ図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る雲量測定において雲量の時間変化を表した図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る雲量測定においてＣＭＹＫで色分割処理する場合のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・透明半球
１０ａ、１０ｂ・・・観察・表示用コンピュータ
１１・・目盛
２・・・魚眼コンバータレンズ
３・・・カメラ（撮像手段）
４・・・水準器
５・・・方位磁石
６・・・基盤
６１・・平板
６２・・足部
６３・・孔
６４・・保持部
６５・・支持部
７・・・ネットワークインターフェイス
８、８０・・・サーバー
８１・・画像蓄積部
８２・・画像取得部
８３・・画像処理部
８４・・雲量決定部
８５・・表示部
８６・・雲量測定制御部
９・・・ネットワーク
Ｘ・・・定点観測装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目盛が付された透明半球を少なくとも有する撮像補助部と、前記透明半球の内部から前記透明半球越しに被写体を撮像可能な位置に配置された撮像手段と、を有する撮像部を備えることを特徴とする定点観測装置。
【請求項２】
前記撮像手段に接続されたネットワークと、
前記ネットワークに接続されたコンピュータとを有し、
前記コンピュータは、前記ネットワークを介して、前記撮像手段が撮像した画像データを取得することを特徴とする請求項１に記載の定点観測装置。
【請求項３】
前記コンピュータは、前記画像データを蓄積する画像蓄積手段を有することを特徴とする請求項２に記載の定点観測装置。
【請求項４】
撮像手段が、目盛が付された透明半球の内部から前記透明半球越しに被写体を撮像する撮像ステップと
前記撮像手段が、ネットワークを介してコンピュータに前記撮像ステップで撮像した画像データを配信する配信ステップと
を有することを特徴とする定点観測方法。
【請求項５】
前記コンピュータは、
前記画像データを取得する画像取得ステップと、
取得した前記画像データから検出する前記目盛に基づいて区画を決定する区画決定ステップと、
取得した前記画像データを色分割処理する色分割ステップと、
色分割処理した前記画像データの輝度値を二値化処理する二値化ステップと、
二値化処理した前記画像データにおける各区画内の画素の色に基づいて、前記各区画を晴又は曇のいずれかに決定する区画天気決定ステップと、
すべての区画数における前記曇の区画数の比率を雲量として決定する雲量決定ステップと、
を実行することを特徴とする請求項４に記載の定点観測方法。
【請求項１】
目盛が付された透明半球を少なくとも有する撮像補助部と、前記透明半球の内部から前記透明半球越しに被写体を撮像可能な位置に配置された撮像手段と、を有する撮像部を備えることを特徴とする定点観測装置。
【請求項２】
前記撮像手段に接続されたネットワークと、
前記ネットワークに接続されたコンピュータとを有し、
前記コンピュータは、前記ネットワークを介して、前記撮像手段が撮像した画像データを取得することを特徴とする請求項１に記載の定点観測装置。
【請求項３】
前記コンピュータは、前記画像データを蓄積する画像蓄積手段を有することを特徴とする請求項２に記載の定点観測装置。
【請求項４】
撮像手段が、目盛が付された透明半球の内部から前記透明半球越しに被写体を撮像する撮像ステップと
前記撮像手段が、ネットワークを介してコンピュータに前記撮像ステップで撮像した画像データを配信する配信ステップと
を有することを特徴とする定点観測方法。
【請求項５】
前記コンピュータは、
前記画像データを取得する画像取得ステップと、
取得した前記画像データから検出する前記目盛に基づいて区画を決定する区画決定ステップと、
取得した前記画像データを色分割処理する色分割ステップと、
色分割処理した前記画像データの輝度値を二値化処理する二値化ステップと、
二値化処理した前記画像データにおける各区画内の画素の色に基づいて、前記各区画を晴又は曇のいずれかに決定する区画天気決定ステップと、
すべての区画数における前記曇の区画数の比率を雲量として決定する雲量決定ステップと、
を実行することを特徴とする請求項４に記載の定点観測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２８２４０６（Ｐ２００９−２８２４０６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３５８５６（Ｐ２００８−１３５８５６）
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【出願人】（３０５０１３０６８）国立大学法人宮城教育大学 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【出願人】（３０５０１３０６８）国立大学法人宮城教育大学 (1)
【Ｆターム（参考）】
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