降下物検出装置
【課題】簡易な構造で降下物の存在を検出することの可能な降下物検出装置を実現する。
【解決手段】本発明の降下物検出装置は、カメラ１と、該カメラに対向配置される無地の表面を備えた背景板２と、カメラ側から前記背景板２の前記表面を照明する光源３と、前記カメラ１の出力信号を処理する信号処理部と、を備え、該信号処理部は、前記カメラの出力信号に含まれる降下物からの反射信号成分を浮動２値化によりパルス化する浮動２値化回路４を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明の降下物検出装置は、カメラ１と、該カメラに対向配置される無地の表面を備えた背景板２と、カメラ側から前記背景板２の前記表面を照明する光源３と、前記カメラ１の出力信号を処理する信号処理部と、を備え、該信号処理部は、前記カメラの出力信号に含まれる降下物からの反射信号成分を浮動２値化によりパルス化する浮動２値化回路４を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、降雪等の降下物を検知する装置に係り、特に、降雪を検知して屋根に設置されたヒータにより受雪面を加熱することにより融雪するシステムに用いる場合に好適な降下物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の降雪センサの構成を図１０に示す（特許文献１参照）。この動作原理を同図を用いて説明する。図１０においてアーム端面には投光のための投光ファイバー端が配置されており同時に受光のための受光ファイバー端が設置されている。投光ファイバーから出た光は、投光ファイバ及び受光ファイバ端面の高さまで下方から積雪があると雪中での透過、散乱を繰返しながら受光ファイバーに届く。受光ファイバに到達した光量があれば降雪により積雪ありとして検知するものである。また別の従来技術として図１１に示すようなテレビカメラを用いビデオ信号処理により画像信号から雪片信号のみを検知する方法が知られている（特許文献２参照）。なおビデオ信号の２値化回路としては浮動閾値２値化回路（以下浮動２値化回路と記す）が知られている（特許文献３参照）。この浮動２値化回路は錠剤の表面に含まれる僅かな傷・しみ検出、換言すればビデオ信号中に含まれる高周波信号を高感度に検出するのに適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０２４０号公報
【特許文献２】特開２００１−１３２６５号公報
【特許文献３】特公平１−２４３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の降雪センサの１つの技術（特許文献１）である投光ファイバと受光ファイバを組み合わせ積雪により投光ファイバから出射された光が受光ファイバに到達したか否かで積雪を検知する方式は図１０からも分かるように少なくもこれらファイバを納める腕（アーム）まで積雪がないと積雪を検知できなかった。すなわち積雪のない雪の降りはじめを検知できない換言すればセンサとしての感度が悪いという欠点があった。
【０００５】
一方、別の従来技術であるテレビカメラを用いる方法（特許文献２）は図１１に示すように回路が大変複雑である。テレビカメラ、テレビカメラ制御回路、フレーム差分画像作成回路、2値化回路、領域作成回路、形状特徴抽出回路、雪片候補抽出回路、重心算出回路、時空間距離計算回路、雪片抽出回路、雪片分布状態判定回路、降雪判定回路などのブロックに分かれておりいわゆる高度なパタン認識システムとなっている。そのためコストが高くなるという欠点があった。同時に部品点数も多くそのため信頼性に課題があった。
【０００６】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、簡易な構造で降下物の存在を検出することの可能な降下物検出装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の降下物検出装置は、カメラと、該カメラに対向配置される無地の表面を備えた背景板と、前記カメラ側から前記背景板の前記表面を照明する光源と、前記カメラの出力信号を処理する信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記カメラの前記出力信号に含まれる降下物からの反射信号成分を浮動２値化によりパルス化する浮動２値化回路を有することを特徴とする。
【０００８】
この場合に、前記信号処理部は、前記浮動２値化回路の出力のパルス数を一定期間積算するカウンタと、該カウンタの出力する積算値若しくはその平均値を所定の閾値と比較する判定手段と、をさらに有することが好ましい。
【０００９】
また、前記信号処理部は、前記浮動２値化回路の出力のパルス数を一定期間積算するカウンタと、前記光源から照射された光の有無による前記カウンタの出力する積算値若しくはその平均値の差を所定の閾値と比較する判定手段と、をさらに有することが好ましい。照明光の有無による出力差が小さい場合には降下物に起因しない原因、例えば、背景板の汚れや外光のゆらぎ等で検出出力が得られているとすることで、降下物の有無や融雪用ヒータの駆動の有無等の判断をより確実に行うことができる。
【００１０】
さらに、前記背景板の表面は屏風状に屈折して構成され、前記光源から照射された光の前記背景板の表面による正反射光が直接前記カメラへ向かう方向から逸れるように構成されることが好ましい。
【００１１】
この場合において、前記背景板の表面において前記屏風状の稜線ラインあるいは谷底ラインの線幅を前記カメラの該ラインと交差する方向の分解能以下の線幅に構成することが望ましい。
【００１２】
また、前記カメラの少なくとも撮影方向前面が透明ヒータ付きガラスで構成された窓部で覆われることが好ましい。
【００１３】
この場合に、前記窓部は前記透明ヒータ付きガラスに光触媒作用のあるガラスを重ねて構成され、該光触媒ガラスが外側へ露出する態様で設置されることが望ましい。
【００１４】
さらに、前記カメラの焦点位置を前記背景板の表面よりもカメラ側にセットすることが好ましい。
【００１５】
また、前記背景板は無地黒色の前記表面を備えるとともに、複数の前記光源が分散配置されることが好ましい。黒色の背景を用いることで降下物特に降雪をより検出しやすくなるとともに、背景板の表面を複数の分散配置された光源により照明することで前記背景板からの反射光量分布がより均一になるので、降下物特に降雪を安定かつ確実に検知することが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、従来技術による場合に比べて低コストであり高信頼性を備えかつ高感度な降下物検出装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の降下物検出装置を使用した融雪システムの構成を示す図。
【図２】本発明の降下物検出装置の浮動２値化回路のブロック図。
【図３】本発明の降下物検出装置の浮動２値化回路。
【図４】本発明の２値化回路の動作を示す図。
【図５】本発明の信号処理の動作を示す図。
【図６】背景板の第２の実施例。
【図７】背景板を第２の実施例テレビカメラとともに示した平面図。
【図８】背景板の第２の実施例の動作を説明するための図。
【図９】本発明の降雪の判断のためのCPUのフローチャート。
【図１０】投受光ファイバを用いた従来の降下物検出装置を用いた融雪システムを示す図。
【図１１】画像処理技術を用いた従来の降下物検出装置のシステム回路ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。本実施形態は、図１に示すように、撮像手段を構成するカメラ１と、このカメラ１の撮影範囲内に少なくとも一部が対向配置された背景板２と、カメラ１による撮影画像を処理する信号処理部とを備えている。
【００１９】
本実施形態は、雪片を検出するための撮像手段であるカメラ１（例えば、モノクロテレビカメラ、ビデオカメラなど）と、カメラ１の画像信号の雪片以外の画像信号をほぼ一定レベルにするための無地黒色の背景板２と、背景板２に向かって投光し降雪があれば雪片からの反射信号をカメラに入射させるための近赤外光源で構成される投光器（光源）３と、投光器３（近赤外光源）を駆動するための駆動回路と、カメラ１の出力のビデオ信号に含まれる雪片信号を２値化（1または０のデジタル信号化）するための２値化回路であって該2値化回路は投光器の光源の経時変化などを考慮し所謂固定閾値ではなく浮動点である浮動２値化回路４と、この浮動２値化回路４の出力パルス信号PFを積算計数するための第１積算カウンタ５及び第２積算カウンタ６と、カメラ１から出力されるビデオ信号より垂直同期信号を分離検出するための同期信号分離回路７と、該同期信号分離検出回路７から得られる垂直同期信号を1/2の周波数に分周するものであって、Ｑ出力とＱバー出力が前記それぞれ第１積算カウンタ５及び第２積算カウンタ６の積算時間を決定しかつＱ出力の立ち上がりとＱバー出力の立ち上がりがそれぞれ第１積算カウンタ５及び第２積算カウンタ６をリセットするように作用する1/2分周回路８と、該1/2分周回路８のＱ出力とパルス信号PFと後述の第１NAND回路９の出力とのアンドを取りその出力を第１積算カウンタ５に入力させるための第１アンド回路１１と、Ｑバー出力パルス信号PFと後述の第２NAND回路１０の出力とのアンドを取りその出力を第２積算カウンタ６に入力させるための第２アンド回路１２と、第１積算カウンタ５の出力に接続されカウンタが最大計数値以上のパルスが入力されても計数値が変化しないようにするための第１NAND回路９と、第２積算カウンタ６の出力に接続されカウンタが最大計数値以上のパルスが入力されても計数値が変化しないようにするための第２NAND回路１０と、これら積算カウンタの積算データ及び後述する操作スイッチ１４のデータを後述する演算手段１５（CPU）に入力するとともに、検出出力をヒータ駆動回路に出力する入出力回路（I/O）１３と、これらの１垂直期間内に積算されたパルス数を更に所定のNA垂直期間だけ積算するためのNA値を人間が設定できるようにし、降雪の有無を決定するためのパルス数の閾値を人間が設定できるようにする閾値（デジタル値）設定用の操作スイッチ１４と、上記NA値に基づき前記積算をNA垂直期間積算し該積算値が降雪の有無の判定基準NSとの比較により判断する演算手段（CPU）１５と、上記検出出力によって制御され、融雪用ヒータを駆動するヒータ駆動回路と、を備えている。
【００２０】
図９は降雪の有無判断のためのフローチャートである。図９に示すように、まず初期設定としてデータを平均するための平均化回数NAと降雪有無判断閾値NSを図１に示す操作スイッチ１４（DIPコードスイッチ）により設定する。図1に示す同期信号分離検出回路７により垂直同期信号が分離出力されこの信号が同図の分周回路８により垂直同期信号の周波数の1/2の周波数であってかつHigh及びLowの時間が同一の矩形信号に変換される。浮動２値化回路から得られるパルス信号PFは分周回路８の出力Ｑ、Ｑバーそれぞれと同図に示す第１AND回路１１及び第２AND回路１２によりANDをとって第１積算カウンタ５及び第２積算カウンタ６に入力され、これらのカウンタにより積算計数される。なおこれらのAND回路１１，１２の入力にはAND条件として積算カウンタが計数可能な最大値になったことを積算カウンタの出力に接続されている第１NAND回路９及び第２NAND回路１０によりチェックされ、それ以上はカウントアップされないようになっている。ＱとＱバーはそれぞれ第２積算カウンタ６及び第１積算カウンタ６のデータである積算計数値SUM1、SUM2がCPU１５が読取可能なE1及びE2信号として入出力回路（I/O）１３に入力されると、前記積算計数値SUM1、SUM2はCPU１５で読み取られメモリに記憶される。積算計数値SUM1、SUM2をNA回測定しその和の平均値SUMAが初期設定値の降雪有無判断閾値NSと比較し大きければ降雪有、小さければ降雪なしと判断し降雪有/無信号を出力する。なお第１及び第２積算カウンタ５，６はＱとＱバーの立ち上がりのタイミングでリセットされる。図９に示すようにこの一連のフローは繰り返し電源が切断されるまで続けられる。図５はこれをタイムチャートで示したものである。
【００２１】
外乱光の影響を避けるため近赤外光源を消灯させた状態で降雪有/無信号は出力せずにNA回、上述のフローを繰り返し実行しここで得られる平均値SUMADと、近赤外光源を点灯させた状態で降雪有/無信号は出力せずにNA回、上述のフローを繰り返し実行しここで得られる平均値SUMAHとの差が一定値以上で降雪有、一定値以下で降雪無と判断するようにCPUのソフトを構成してもよいことは明らかである。
【００２２】
非降雪時には背景板２の表面に対応するビデオ信号が２値化される。この背景板２の表面に対応するビデオ信号は背景板２の色調に濃淡の変化が無いために近赤外光源からの照射光の強度変化に対応した変化があるだけである。すなわち背景板２上の照射強度分布は略一定になるように投光器３（近赤外光源）には分散配置された複数の発光ダイオードが用いられておりビデオ信号にはほとんど変化がなく、したがって、背景板２が無い場合に生じる背景の画像の影響を受けない。
【００２３】
ビデオ信号から雪片だけの反射光がえられれば雪片に対応するパルス数がより正確にカウントできるため背景板２からの反射光は少ないほど良い。このため投光器３からの光が背景板２で正反射しカメラ１に入射しないように背景板２をつや消し黒色の仕上げにするか、あるいは図６、図７、図８に示すように背景板を屏風のようにジグザグに折り曲げて投光器からの光が正反射光として入射しないようにする。図６は屏風構造の背景板とカメラ及び赤外光源と雪片を合わせて示した斜視図であり、図７は雪片は示していないがその平面図である。図８は図７の屏風構造の背景板付近の光線の様子を示した図であって光線が屏風構造の背景板で反射されるたびに拡散しテレビカメラに光線が戻ってくるときには近赤外光源からの直接生反射光は無いことを示す図である。屏風状に折れ曲がっている稜線ライン（図８のaに相当するライン）あるいは谷の底に当たるライン（図８のｂに相当するライン）の線幅は可能な限り狭くすることが望ましい。正確にはこの線幅はテレビカメラの水平方向の分解能以下にすればこの線幅から反射してくる光は無視することができる。一般に水平方向のカメラの分解能は視野の1/500程度であるので水平方向の視野が例えば35cmの場合は700μｍ（＝35ｃｍ/500）以下の線幅に製作すればよいことが分かる。この値は屏風型の背景板を製作する上でそれほど困難な数字ではない。また更に背景板の汚れがカメラのビデオ信号として観測された際、雪片の信号と紛らわしいいのでカメラのピントを背景板とカメラのレンズの中間に合わせるようにする。これにより多少の背景板の汚れは無視される。
【００２４】
次に、本実施形態の光学系について述べる。降雪センサは夜間でも動作する必要があるため夜間にも光源は点灯していなければならない。しかし人間の目に見えると不自然であり環境に調和しない。このため光源には人間の目に見えない近赤外光（波長０．７〜２．５μｍ）を使用することが好ましい。ここで、撮像手段であるカメラ１にはCCD（チャージカップルドデバイス）を用いる。CCDはシリコンから成り立っており近赤外光に高い感度を持っている。この意味からも近赤外光の光源を用いるのは充分に妥当である。ちなみに本実施例では降雪センサの光源には980nmの中心波長をもつ発光ダイオード（香港Optosupply社のOSIR5113A）を用いた。またカメラ１には被写体までの最短撮像距離（ピントを合わすことのできるカメラレンズから被写体までの距離）約4cmのレンズを備えた1/3インチ27万画素CCD（台湾MINTRON社のMK-0323E）を用いた。このCCDを搭載するプリント板にはレンズ周辺に前記発光ダイオードが６個配置されている。これらは直流を供給することにより点灯させた。
【００２５】
カメラレンズと背景板２までの距離は約20cmとした。このとき背景板２上でのカメラ１の視野は横35cm縦25cmである。このカメラ１は外部同期型ではなく内部同期型のカメラでありカメラを動作させるための駆動回路は不要である。またカメラ１はオートゲイン機能付きである。カメラ１から出力されるビデオ信号には同期信号と画像信号がミックスされている。背景板２にはつや消し黒の屏風状ではなく平面のダンボールを用いた。カメラ１から浮動２値化回路までの信号伝送ラインには特性インピーダンス75Ωの同軸ケーブルを用いた。なお本実施例に用いたカメラレンズの被写体深度は深いこともありピントは前述したようなレンズから背景板２までの距離20cmの中間に合わせるのではなく最短撮像距離の4cmの位置に合わせた。
【００２６】
図１に示すように、上記信号処理部は、上記カメラ１による撮影画像を２値化する浮動２値化回路４を備えている。以下に試作した浮動２値化回路について述べる。この浮動２値化回路は雪片を検知するために重要な作用をする。一般にビデオ信号の２値化回路には固定閾値をもった固定閾値２値化回路と、原信号を遅延させグランドに対して減衰させた信号を閾値とする浮動２値化回路とが知られている（特許文献３）。固定閾値２値化回路は簡単であるが電源変動あるいは経年による光源の光量変化に敏感であり安定した２値化信号を得るには適していない。一方浮動２値化回路は多少複雑になるがこれらの光量変化に対しては鈍感で安定した２値化信号を得るのに適している。その上で浮動２値化回路はビデオ信号の中に含まれる比較的高周波の信号を高感度に検出できる特性があることはよく知られている（特許文献３）。本発明では雪片がテレビカメラの視野の中では数多く写ることからビデオ信号としては比較的高周波のビデオ信号になることを考慮してこの浮動２値化回路を２値化回路に選んだ。
【００２７】
図２は本発明に用いた浮動２値化回路４のブロック図である。回路は図２に示すようにテレビカメラからの信号を同軸ケーブル経由演算増幅器（アナログデバイセズ社AD818AN）で受信する。同軸ケーブルの特性インピーダンスZ1（75Ω）と浮動２値化のための遅延素子（JPC社VCD150NP）の特性インピーダンスZ2（500Ω）は異なるためインピーダンス変換が必要である。このインピーダンス変換のためと信号増幅のために上記演算増幅器を用いた。演算増幅器の入力インピーダンスは近似的に無限大と見なしえるので同軸ケーブルの終端を該同軸ケーブルの特性インピーダンスZ1(75Ω）で終端しインピーダンス整合をとる。この終端インピーダンスの両端に現れるビデオ信号VSは前記演算増幅器で増幅されたのち次段に伝送される。該演算増幅器の出力インピーダンスは近似的に零とみなせるため演算増幅器の出力に上記遅延素子の特性インピーダンスのZ2(500Ω）を接続し該インピーダンスの他端を遅延素子に接続した。遅延素子の出力端子はアースとの間に遅延素子の特性インピーダンスZ2(500Ω）をもつポテンショメータで終端した。このポテンショメータの中間タップのアース電位に対する信号V1はビデオ信号VSが前記演算増幅器により増幅された後、遅延されアースに対して減衰された信号であって遅延減衰信号と呼ぶ。更にビデオ信号VSが演算増幅器により増幅された後その出力はアースに対して1/2に減衰されるよう1/2減衰器が接続される。1/2減衰器の出力V2を減衰信号と呼ぶ。なおポテンショメータの両端の信号は遅延線でインピーダンスマッチングが取られているため演算増幅器の出力電圧の半分の値になっていることは言うまでもない。
【００２８】
信号V1とV2はシュミット回路（アナログデバイセズ社AD8561）で比較される。雪片が画像信号として捕らえられるとシュミット回路からは浮動２値化パルスPFが出力される。図４はその様子を示すタイムチャートである。同図において信号V1とV2の大小関係が雪片部分で 逆転するためにPF信号が出力されているのが分かる。また同期信号によってもV1とV2の大小関係が逆転するためにPF信号が出力される。実際の浮動２値化回路を図３に示す。
【００２９】
浮動２値化パルスＰFを用い降雪と降雪でない場合をどのように判定するかについては図１、図５及び図９を用いてすでに述べたとおりである。ここではカメラ１、投光器（赤外光源）の駆動回路、及び浮動２値化回路４を除くデジタル信号処理系について記載する。同期信号分離検出回路７には新日本無線株式会社製NJM2229を、1/2分周回路８にはテキサスインスツルメンツ社製デュアル４ビットバイナリカウンタSN74LV393A-Q1を、積算カウンタ５，６にはテキサスインスツルメンツ社製４ビットシンクロナスバイナリカウンタSN74LV163Aを、操作スイッチ１４（DIPコードスイッチ）にはKEL社製KDS16-112-Fを、演算手段であるCPU（ワンチップマイクロコンピュ−タ）には株式会社ルネサステクノロジー製8ビットワンチップマイコンH8/300を用いることができる。ここで後述するように積算カウンタ５，６のパルス計数値は僅かな小雪の降雪で１分間約200万パルス程度である。従って１垂直期間では3万3千パルスとなる。余裕をみて200万パルス程度が１垂直期間の最高パルス数とすればこのSN74LV163Aを５個カスケードに接続し使用する形の 20ビット構成とすればよい。なおこの数以上のパルスが入力した場合は前記したように、積算カウンタ出力の全てのNAND条件をとりこれを図１に示すように該カウンタの入力側のAND回路の１つの入力とすることで積算カウンタはカウントアップしないようにする。図示はしていないが降雪センサの信号処理部は勿論、電源投入時に回路リセットが行われるようになっている。
【００３０】
直径約７mmの紙で作成した模擬雪片をカメラ視野内に約４０個均等になるよう透明なプラスチック板に張り付けこの透明プラスチック板を背景板２とカメラ１の中間に配置し45cm/秒の速度でリニアモータにより往復運動させ、模擬的に雪片検出実験を行った。その結果降雪無しでかつ昼の明るさに対応するよう室内の蛍光灯を点灯させた場合は185万パルス/分（513パルス/1垂直期間）、蛍光灯を消灯した夜間二対応した実験の場合には150万パルス/分（416パルス/1垂直期間）のデータが得られた。これに対し上記模擬雪片をリニアモータで動かし降雪時を模擬した昼相当の実験では313万パルス/分（869パルス/1垂直期間）、夜間相当の実験では317万パルス/分（880パルス/1垂直期間）のデータを得ることができた。カッコ内は積算計数値の１垂直期間の平均値SUMAである。実験確認により降雪有と降雪無でこのように明らかな差が得られた。従って例えば降雪有無判断閾値NSを600パルス/１垂直期間程度に設定すれば降雪有無を判定できることが分かる。なおこのように１垂直期間に相当する平均パルス数を求めず所定のNA垂直期間の総合計パルス数で降雪の有無を判定しても良いことは自明である。
【００３１】
実際にはカメラ１は図１には示していないが箱にいれて屋外２に背景板とともに設置することになる。カメラ１の前面は勿論ガラスで覆い直接レンズにゴミ、雪などが付着しないようにする。特に雪が箱前面のガラスに付着すると降雪センサとしては正常な動作をしないことになる。カメラ１自身の消費電力は2.1Ｗであるため箱の内部の温度はある程度外気温よりも高くなる。これによりガラス前面に付着した雪は融雪する可能性もあるが、更にこれを確実にするためガラス板付近に別途ヒータを置くかあるいは透明ヒータと一体に成った透明ガラスヒータ（栄光電器株式会社製 Ｗarm Glass）を用いても良いことは明らかである。背景板２の裏面にもヒータを配置し背景板２に雪が付着しないようにすれば降雪時の降雪検知の精度を劣化させずにすむことは言うまでも無い。更に前記Ｗarm Glassと光触媒クリーニングガラス（日本板硝子株式会社製クリアテクト）を張り合わせ光触媒クリーニングガラスを外気に触れるように配置すれば光触媒の作用により外気に触れるガラス面は汚れにくく降雪検知の精度維持に効果がある。
【００３２】
本実施形態では、以上説明したように、背景板を用い背景を単純化することにより従来術（特許文献２）のように複雑な画像処理回路を用いないので部品点数も少なく従って高い信頼性と低コスト性を兼ね備えた降下物検出装置を実現できる。例えば積算カウンタ２個を用いたため１７ミリ秒の１垂直期間で積算カウンタの積算データをCPU は読み込めばよく高価な高速CPUではなく安価なワンチップマイコンでも平均化処理ができることからも特許文献２よりも低コストに降下物検出装置を実現できることは明らかである。また特許文献１のように一定の積雪がなければ検知できないものではなく降雪の開始を検知できる。すなわち特許文献１に示す方法よりも高感度な降下物検出装置を実現できる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その技術思想の範囲内で種々変更することが可能である。たとえば、上記実施形態ではビデオカメラを用い、ビデオカメラが出力するビデオ信号を処理するようにしているが、静止画を撮影して静止画像データを出力するスチルカメラであっても同様の処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は降雪を検知する場合の他に、降雨の観測や、火山灰の検出による活火山の活動の監視などへの利用も可能と考えられる。黄砂、花粉の監視への適用の可能性、さらには雨は雪より速く落下することから雨と雪の区分けの可能性も秘めている。いずれにしても種々の降下物を容易かつ確実に検知することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１ （内部同期型）カメラ
２ 背景板
３ 投光器（近赤外光源）
４ 浮動２値化回路
５ 第１積算カウンタ（積算カウンタ１）
６ 第２積算カウンタ（積算カウンタ２）
７ 同期信号分離検出回路
８ 1/2分周回路
９ 第１NAND回路（NAND回路１）
10 第２NAND回路（NAND回路２）
11 第１ＡＮＤ回路（AND回路１）
12 第２ＡＮＤ回路（AND回路２）
13 入出力回路（I/O）
14 操作スイッチ（デジタル値設定用スイッチ）
15 演算手段（ＣＰＵ）
NS 降雪の有無の判定基準パルス数
NA 浮動２値化回路の出力パルス数を平均化するための１垂直期間の数
PF 浮動２値化回路の出力パルス信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、降雪等の降下物を検知する装置に係り、特に、降雪を検知して屋根に設置されたヒータにより受雪面を加熱することにより融雪するシステムに用いる場合に好適な降下物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の降雪センサの構成を図１０に示す（特許文献１参照）。この動作原理を同図を用いて説明する。図１０においてアーム端面には投光のための投光ファイバー端が配置されており同時に受光のための受光ファイバー端が設置されている。投光ファイバーから出た光は、投光ファイバ及び受光ファイバ端面の高さまで下方から積雪があると雪中での透過、散乱を繰返しながら受光ファイバーに届く。受光ファイバに到達した光量があれば降雪により積雪ありとして検知するものである。また別の従来技術として図１１に示すようなテレビカメラを用いビデオ信号処理により画像信号から雪片信号のみを検知する方法が知られている（特許文献２参照）。なおビデオ信号の２値化回路としては浮動閾値２値化回路（以下浮動２値化回路と記す）が知られている（特許文献３参照）。この浮動２値化回路は錠剤の表面に含まれる僅かな傷・しみ検出、換言すればビデオ信号中に含まれる高周波信号を高感度に検出するのに適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０２４０号公報
【特許文献２】特開２００１−１３２６５号公報
【特許文献３】特公平１−２４３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の降雪センサの１つの技術（特許文献１）である投光ファイバと受光ファイバを組み合わせ積雪により投光ファイバから出射された光が受光ファイバに到達したか否かで積雪を検知する方式は図１０からも分かるように少なくもこれらファイバを納める腕（アーム）まで積雪がないと積雪を検知できなかった。すなわち積雪のない雪の降りはじめを検知できない換言すればセンサとしての感度が悪いという欠点があった。
【０００５】
一方、別の従来技術であるテレビカメラを用いる方法（特許文献２）は図１１に示すように回路が大変複雑である。テレビカメラ、テレビカメラ制御回路、フレーム差分画像作成回路、2値化回路、領域作成回路、形状特徴抽出回路、雪片候補抽出回路、重心算出回路、時空間距離計算回路、雪片抽出回路、雪片分布状態判定回路、降雪判定回路などのブロックに分かれておりいわゆる高度なパタン認識システムとなっている。そのためコストが高くなるという欠点があった。同時に部品点数も多くそのため信頼性に課題があった。
【０００６】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、簡易な構造で降下物の存在を検出することの可能な降下物検出装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の降下物検出装置は、カメラと、該カメラに対向配置される無地の表面を備えた背景板と、前記カメラ側から前記背景板の前記表面を照明する光源と、前記カメラの出力信号を処理する信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記カメラの前記出力信号に含まれる降下物からの反射信号成分を浮動２値化によりパルス化する浮動２値化回路を有することを特徴とする。
【０００８】
この場合に、前記信号処理部は、前記浮動２値化回路の出力のパルス数を一定期間積算するカウンタと、該カウンタの出力する積算値若しくはその平均値を所定の閾値と比較する判定手段と、をさらに有することが好ましい。
【０００９】
また、前記信号処理部は、前記浮動２値化回路の出力のパルス数を一定期間積算するカウンタと、前記光源から照射された光の有無による前記カウンタの出力する積算値若しくはその平均値の差を所定の閾値と比較する判定手段と、をさらに有することが好ましい。照明光の有無による出力差が小さい場合には降下物に起因しない原因、例えば、背景板の汚れや外光のゆらぎ等で検出出力が得られているとすることで、降下物の有無や融雪用ヒータの駆動の有無等の判断をより確実に行うことができる。
【００１０】
さらに、前記背景板の表面は屏風状に屈折して構成され、前記光源から照射された光の前記背景板の表面による正反射光が直接前記カメラへ向かう方向から逸れるように構成されることが好ましい。
【００１１】
この場合において、前記背景板の表面において前記屏風状の稜線ラインあるいは谷底ラインの線幅を前記カメラの該ラインと交差する方向の分解能以下の線幅に構成することが望ましい。
【００１２】
また、前記カメラの少なくとも撮影方向前面が透明ヒータ付きガラスで構成された窓部で覆われることが好ましい。
【００１３】
この場合に、前記窓部は前記透明ヒータ付きガラスに光触媒作用のあるガラスを重ねて構成され、該光触媒ガラスが外側へ露出する態様で設置されることが望ましい。
【００１４】
さらに、前記カメラの焦点位置を前記背景板の表面よりもカメラ側にセットすることが好ましい。
【００１５】
また、前記背景板は無地黒色の前記表面を備えるとともに、複数の前記光源が分散配置されることが好ましい。黒色の背景を用いることで降下物特に降雪をより検出しやすくなるとともに、背景板の表面を複数の分散配置された光源により照明することで前記背景板からの反射光量分布がより均一になるので、降下物特に降雪を安定かつ確実に検知することが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、従来技術による場合に比べて低コストであり高信頼性を備えかつ高感度な降下物検出装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の降下物検出装置を使用した融雪システムの構成を示す図。
【図２】本発明の降下物検出装置の浮動２値化回路のブロック図。
【図３】本発明の降下物検出装置の浮動２値化回路。
【図４】本発明の２値化回路の動作を示す図。
【図５】本発明の信号処理の動作を示す図。
【図６】背景板の第２の実施例。
【図７】背景板を第２の実施例テレビカメラとともに示した平面図。
【図８】背景板の第２の実施例の動作を説明するための図。
【図９】本発明の降雪の判断のためのCPUのフローチャート。
【図１０】投受光ファイバを用いた従来の降下物検出装置を用いた融雪システムを示す図。
【図１１】画像処理技術を用いた従来の降下物検出装置のシステム回路ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。本実施形態は、図１に示すように、撮像手段を構成するカメラ１と、このカメラ１の撮影範囲内に少なくとも一部が対向配置された背景板２と、カメラ１による撮影画像を処理する信号処理部とを備えている。
【００１９】
本実施形態は、雪片を検出するための撮像手段であるカメラ１（例えば、モノクロテレビカメラ、ビデオカメラなど）と、カメラ１の画像信号の雪片以外の画像信号をほぼ一定レベルにするための無地黒色の背景板２と、背景板２に向かって投光し降雪があれば雪片からの反射信号をカメラに入射させるための近赤外光源で構成される投光器（光源）３と、投光器３（近赤外光源）を駆動するための駆動回路と、カメラ１の出力のビデオ信号に含まれる雪片信号を２値化（1または０のデジタル信号化）するための２値化回路であって該2値化回路は投光器の光源の経時変化などを考慮し所謂固定閾値ではなく浮動点である浮動２値化回路４と、この浮動２値化回路４の出力パルス信号PFを積算計数するための第１積算カウンタ５及び第２積算カウンタ６と、カメラ１から出力されるビデオ信号より垂直同期信号を分離検出するための同期信号分離回路７と、該同期信号分離検出回路７から得られる垂直同期信号を1/2の周波数に分周するものであって、Ｑ出力とＱバー出力が前記それぞれ第１積算カウンタ５及び第２積算カウンタ６の積算時間を決定しかつＱ出力の立ち上がりとＱバー出力の立ち上がりがそれぞれ第１積算カウンタ５及び第２積算カウンタ６をリセットするように作用する1/2分周回路８と、該1/2分周回路８のＱ出力とパルス信号PFと後述の第１NAND回路９の出力とのアンドを取りその出力を第１積算カウンタ５に入力させるための第１アンド回路１１と、Ｑバー出力パルス信号PFと後述の第２NAND回路１０の出力とのアンドを取りその出力を第２積算カウンタ６に入力させるための第２アンド回路１２と、第１積算カウンタ５の出力に接続されカウンタが最大計数値以上のパルスが入力されても計数値が変化しないようにするための第１NAND回路９と、第２積算カウンタ６の出力に接続されカウンタが最大計数値以上のパルスが入力されても計数値が変化しないようにするための第２NAND回路１０と、これら積算カウンタの積算データ及び後述する操作スイッチ１４のデータを後述する演算手段１５（CPU）に入力するとともに、検出出力をヒータ駆動回路に出力する入出力回路（I/O）１３と、これらの１垂直期間内に積算されたパルス数を更に所定のNA垂直期間だけ積算するためのNA値を人間が設定できるようにし、降雪の有無を決定するためのパルス数の閾値を人間が設定できるようにする閾値（デジタル値）設定用の操作スイッチ１４と、上記NA値に基づき前記積算をNA垂直期間積算し該積算値が降雪の有無の判定基準NSとの比較により判断する演算手段（CPU）１５と、上記検出出力によって制御され、融雪用ヒータを駆動するヒータ駆動回路と、を備えている。
【００２０】
図９は降雪の有無判断のためのフローチャートである。図９に示すように、まず初期設定としてデータを平均するための平均化回数NAと降雪有無判断閾値NSを図１に示す操作スイッチ１４（DIPコードスイッチ）により設定する。図1に示す同期信号分離検出回路７により垂直同期信号が分離出力されこの信号が同図の分周回路８により垂直同期信号の周波数の1/2の周波数であってかつHigh及びLowの時間が同一の矩形信号に変換される。浮動２値化回路から得られるパルス信号PFは分周回路８の出力Ｑ、Ｑバーそれぞれと同図に示す第１AND回路１１及び第２AND回路１２によりANDをとって第１積算カウンタ５及び第２積算カウンタ６に入力され、これらのカウンタにより積算計数される。なおこれらのAND回路１１，１２の入力にはAND条件として積算カウンタが計数可能な最大値になったことを積算カウンタの出力に接続されている第１NAND回路９及び第２NAND回路１０によりチェックされ、それ以上はカウントアップされないようになっている。ＱとＱバーはそれぞれ第２積算カウンタ６及び第１積算カウンタ６のデータである積算計数値SUM1、SUM2がCPU１５が読取可能なE1及びE2信号として入出力回路（I/O）１３に入力されると、前記積算計数値SUM1、SUM2はCPU１５で読み取られメモリに記憶される。積算計数値SUM1、SUM2をNA回測定しその和の平均値SUMAが初期設定値の降雪有無判断閾値NSと比較し大きければ降雪有、小さければ降雪なしと判断し降雪有/無信号を出力する。なお第１及び第２積算カウンタ５，６はＱとＱバーの立ち上がりのタイミングでリセットされる。図９に示すようにこの一連のフローは繰り返し電源が切断されるまで続けられる。図５はこれをタイムチャートで示したものである。
【００２１】
外乱光の影響を避けるため近赤外光源を消灯させた状態で降雪有/無信号は出力せずにNA回、上述のフローを繰り返し実行しここで得られる平均値SUMADと、近赤外光源を点灯させた状態で降雪有/無信号は出力せずにNA回、上述のフローを繰り返し実行しここで得られる平均値SUMAHとの差が一定値以上で降雪有、一定値以下で降雪無と判断するようにCPUのソフトを構成してもよいことは明らかである。
【００２２】
非降雪時には背景板２の表面に対応するビデオ信号が２値化される。この背景板２の表面に対応するビデオ信号は背景板２の色調に濃淡の変化が無いために近赤外光源からの照射光の強度変化に対応した変化があるだけである。すなわち背景板２上の照射強度分布は略一定になるように投光器３（近赤外光源）には分散配置された複数の発光ダイオードが用いられておりビデオ信号にはほとんど変化がなく、したがって、背景板２が無い場合に生じる背景の画像の影響を受けない。
【００２３】
ビデオ信号から雪片だけの反射光がえられれば雪片に対応するパルス数がより正確にカウントできるため背景板２からの反射光は少ないほど良い。このため投光器３からの光が背景板２で正反射しカメラ１に入射しないように背景板２をつや消し黒色の仕上げにするか、あるいは図６、図７、図８に示すように背景板を屏風のようにジグザグに折り曲げて投光器からの光が正反射光として入射しないようにする。図６は屏風構造の背景板とカメラ及び赤外光源と雪片を合わせて示した斜視図であり、図７は雪片は示していないがその平面図である。図８は図７の屏風構造の背景板付近の光線の様子を示した図であって光線が屏風構造の背景板で反射されるたびに拡散しテレビカメラに光線が戻ってくるときには近赤外光源からの直接生反射光は無いことを示す図である。屏風状に折れ曲がっている稜線ライン（図８のaに相当するライン）あるいは谷の底に当たるライン（図８のｂに相当するライン）の線幅は可能な限り狭くすることが望ましい。正確にはこの線幅はテレビカメラの水平方向の分解能以下にすればこの線幅から反射してくる光は無視することができる。一般に水平方向のカメラの分解能は視野の1/500程度であるので水平方向の視野が例えば35cmの場合は700μｍ（＝35ｃｍ/500）以下の線幅に製作すればよいことが分かる。この値は屏風型の背景板を製作する上でそれほど困難な数字ではない。また更に背景板の汚れがカメラのビデオ信号として観測された際、雪片の信号と紛らわしいいのでカメラのピントを背景板とカメラのレンズの中間に合わせるようにする。これにより多少の背景板の汚れは無視される。
【００２４】
次に、本実施形態の光学系について述べる。降雪センサは夜間でも動作する必要があるため夜間にも光源は点灯していなければならない。しかし人間の目に見えると不自然であり環境に調和しない。このため光源には人間の目に見えない近赤外光（波長０．７〜２．５μｍ）を使用することが好ましい。ここで、撮像手段であるカメラ１にはCCD（チャージカップルドデバイス）を用いる。CCDはシリコンから成り立っており近赤外光に高い感度を持っている。この意味からも近赤外光の光源を用いるのは充分に妥当である。ちなみに本実施例では降雪センサの光源には980nmの中心波長をもつ発光ダイオード（香港Optosupply社のOSIR5113A）を用いた。またカメラ１には被写体までの最短撮像距離（ピントを合わすことのできるカメラレンズから被写体までの距離）約4cmのレンズを備えた1/3インチ27万画素CCD（台湾MINTRON社のMK-0323E）を用いた。このCCDを搭載するプリント板にはレンズ周辺に前記発光ダイオードが６個配置されている。これらは直流を供給することにより点灯させた。
【００２５】
カメラレンズと背景板２までの距離は約20cmとした。このとき背景板２上でのカメラ１の視野は横35cm縦25cmである。このカメラ１は外部同期型ではなく内部同期型のカメラでありカメラを動作させるための駆動回路は不要である。またカメラ１はオートゲイン機能付きである。カメラ１から出力されるビデオ信号には同期信号と画像信号がミックスされている。背景板２にはつや消し黒の屏風状ではなく平面のダンボールを用いた。カメラ１から浮動２値化回路までの信号伝送ラインには特性インピーダンス75Ωの同軸ケーブルを用いた。なお本実施例に用いたカメラレンズの被写体深度は深いこともありピントは前述したようなレンズから背景板２までの距離20cmの中間に合わせるのではなく最短撮像距離の4cmの位置に合わせた。
【００２６】
図１に示すように、上記信号処理部は、上記カメラ１による撮影画像を２値化する浮動２値化回路４を備えている。以下に試作した浮動２値化回路について述べる。この浮動２値化回路は雪片を検知するために重要な作用をする。一般にビデオ信号の２値化回路には固定閾値をもった固定閾値２値化回路と、原信号を遅延させグランドに対して減衰させた信号を閾値とする浮動２値化回路とが知られている（特許文献３）。固定閾値２値化回路は簡単であるが電源変動あるいは経年による光源の光量変化に敏感であり安定した２値化信号を得るには適していない。一方浮動２値化回路は多少複雑になるがこれらの光量変化に対しては鈍感で安定した２値化信号を得るのに適している。その上で浮動２値化回路はビデオ信号の中に含まれる比較的高周波の信号を高感度に検出できる特性があることはよく知られている（特許文献３）。本発明では雪片がテレビカメラの視野の中では数多く写ることからビデオ信号としては比較的高周波のビデオ信号になることを考慮してこの浮動２値化回路を２値化回路に選んだ。
【００２７】
図２は本発明に用いた浮動２値化回路４のブロック図である。回路は図２に示すようにテレビカメラからの信号を同軸ケーブル経由演算増幅器（アナログデバイセズ社AD818AN）で受信する。同軸ケーブルの特性インピーダンスZ1（75Ω）と浮動２値化のための遅延素子（JPC社VCD150NP）の特性インピーダンスZ2（500Ω）は異なるためインピーダンス変換が必要である。このインピーダンス変換のためと信号増幅のために上記演算増幅器を用いた。演算増幅器の入力インピーダンスは近似的に無限大と見なしえるので同軸ケーブルの終端を該同軸ケーブルの特性インピーダンスZ1(75Ω）で終端しインピーダンス整合をとる。この終端インピーダンスの両端に現れるビデオ信号VSは前記演算増幅器で増幅されたのち次段に伝送される。該演算増幅器の出力インピーダンスは近似的に零とみなせるため演算増幅器の出力に上記遅延素子の特性インピーダンスのZ2(500Ω）を接続し該インピーダンスの他端を遅延素子に接続した。遅延素子の出力端子はアースとの間に遅延素子の特性インピーダンスZ2(500Ω）をもつポテンショメータで終端した。このポテンショメータの中間タップのアース電位に対する信号V1はビデオ信号VSが前記演算増幅器により増幅された後、遅延されアースに対して減衰された信号であって遅延減衰信号と呼ぶ。更にビデオ信号VSが演算増幅器により増幅された後その出力はアースに対して1/2に減衰されるよう1/2減衰器が接続される。1/2減衰器の出力V2を減衰信号と呼ぶ。なおポテンショメータの両端の信号は遅延線でインピーダンスマッチングが取られているため演算増幅器の出力電圧の半分の値になっていることは言うまでもない。
【００２８】
信号V1とV2はシュミット回路（アナログデバイセズ社AD8561）で比較される。雪片が画像信号として捕らえられるとシュミット回路からは浮動２値化パルスPFが出力される。図４はその様子を示すタイムチャートである。同図において信号V1とV2の大小関係が雪片部分で 逆転するためにPF信号が出力されているのが分かる。また同期信号によってもV1とV2の大小関係が逆転するためにPF信号が出力される。実際の浮動２値化回路を図３に示す。
【００２９】
浮動２値化パルスＰFを用い降雪と降雪でない場合をどのように判定するかについては図１、図５及び図９を用いてすでに述べたとおりである。ここではカメラ１、投光器（赤外光源）の駆動回路、及び浮動２値化回路４を除くデジタル信号処理系について記載する。同期信号分離検出回路７には新日本無線株式会社製NJM2229を、1/2分周回路８にはテキサスインスツルメンツ社製デュアル４ビットバイナリカウンタSN74LV393A-Q1を、積算カウンタ５，６にはテキサスインスツルメンツ社製４ビットシンクロナスバイナリカウンタSN74LV163Aを、操作スイッチ１４（DIPコードスイッチ）にはKEL社製KDS16-112-Fを、演算手段であるCPU（ワンチップマイクロコンピュ−タ）には株式会社ルネサステクノロジー製8ビットワンチップマイコンH8/300を用いることができる。ここで後述するように積算カウンタ５，６のパルス計数値は僅かな小雪の降雪で１分間約200万パルス程度である。従って１垂直期間では3万3千パルスとなる。余裕をみて200万パルス程度が１垂直期間の最高パルス数とすればこのSN74LV163Aを５個カスケードに接続し使用する形の 20ビット構成とすればよい。なおこの数以上のパルスが入力した場合は前記したように、積算カウンタ出力の全てのNAND条件をとりこれを図１に示すように該カウンタの入力側のAND回路の１つの入力とすることで積算カウンタはカウントアップしないようにする。図示はしていないが降雪センサの信号処理部は勿論、電源投入時に回路リセットが行われるようになっている。
【００３０】
直径約７mmの紙で作成した模擬雪片をカメラ視野内に約４０個均等になるよう透明なプラスチック板に張り付けこの透明プラスチック板を背景板２とカメラ１の中間に配置し45cm/秒の速度でリニアモータにより往復運動させ、模擬的に雪片検出実験を行った。その結果降雪無しでかつ昼の明るさに対応するよう室内の蛍光灯を点灯させた場合は185万パルス/分（513パルス/1垂直期間）、蛍光灯を消灯した夜間二対応した実験の場合には150万パルス/分（416パルス/1垂直期間）のデータが得られた。これに対し上記模擬雪片をリニアモータで動かし降雪時を模擬した昼相当の実験では313万パルス/分（869パルス/1垂直期間）、夜間相当の実験では317万パルス/分（880パルス/1垂直期間）のデータを得ることができた。カッコ内は積算計数値の１垂直期間の平均値SUMAである。実験確認により降雪有と降雪無でこのように明らかな差が得られた。従って例えば降雪有無判断閾値NSを600パルス/１垂直期間程度に設定すれば降雪有無を判定できることが分かる。なおこのように１垂直期間に相当する平均パルス数を求めず所定のNA垂直期間の総合計パルス数で降雪の有無を判定しても良いことは自明である。
【００３１】
実際にはカメラ１は図１には示していないが箱にいれて屋外２に背景板とともに設置することになる。カメラ１の前面は勿論ガラスで覆い直接レンズにゴミ、雪などが付着しないようにする。特に雪が箱前面のガラスに付着すると降雪センサとしては正常な動作をしないことになる。カメラ１自身の消費電力は2.1Ｗであるため箱の内部の温度はある程度外気温よりも高くなる。これによりガラス前面に付着した雪は融雪する可能性もあるが、更にこれを確実にするためガラス板付近に別途ヒータを置くかあるいは透明ヒータと一体に成った透明ガラスヒータ（栄光電器株式会社製 Ｗarm Glass）を用いても良いことは明らかである。背景板２の裏面にもヒータを配置し背景板２に雪が付着しないようにすれば降雪時の降雪検知の精度を劣化させずにすむことは言うまでも無い。更に前記Ｗarm Glassと光触媒クリーニングガラス（日本板硝子株式会社製クリアテクト）を張り合わせ光触媒クリーニングガラスを外気に触れるように配置すれば光触媒の作用により外気に触れるガラス面は汚れにくく降雪検知の精度維持に効果がある。
【００３２】
本実施形態では、以上説明したように、背景板を用い背景を単純化することにより従来術（特許文献２）のように複雑な画像処理回路を用いないので部品点数も少なく従って高い信頼性と低コスト性を兼ね備えた降下物検出装置を実現できる。例えば積算カウンタ２個を用いたため１７ミリ秒の１垂直期間で積算カウンタの積算データをCPU は読み込めばよく高価な高速CPUではなく安価なワンチップマイコンでも平均化処理ができることからも特許文献２よりも低コストに降下物検出装置を実現できることは明らかである。また特許文献１のように一定の積雪がなければ検知できないものではなく降雪の開始を検知できる。すなわち特許文献１に示す方法よりも高感度な降下物検出装置を実現できる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その技術思想の範囲内で種々変更することが可能である。たとえば、上記実施形態ではビデオカメラを用い、ビデオカメラが出力するビデオ信号を処理するようにしているが、静止画を撮影して静止画像データを出力するスチルカメラであっても同様の処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は降雪を検知する場合の他に、降雨の観測や、火山灰の検出による活火山の活動の監視などへの利用も可能と考えられる。黄砂、花粉の監視への適用の可能性、さらには雨は雪より速く落下することから雨と雪の区分けの可能性も秘めている。いずれにしても種々の降下物を容易かつ確実に検知することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１ （内部同期型）カメラ
２ 背景板
３ 投光器（近赤外光源）
４ 浮動２値化回路
５ 第１積算カウンタ（積算カウンタ１）
６ 第２積算カウンタ（積算カウンタ２）
７ 同期信号分離検出回路
８ 1/2分周回路
９ 第１NAND回路（NAND回路１）
10 第２NAND回路（NAND回路２）
11 第１ＡＮＤ回路（AND回路１）
12 第２ＡＮＤ回路（AND回路２）
13 入出力回路（I/O）
14 操作スイッチ（デジタル値設定用スイッチ）
15 演算手段（ＣＰＵ）
NS 降雪の有無の判定基準パルス数
NA 浮動２値化回路の出力パルス数を平均化するための１垂直期間の数
PF 浮動２値化回路の出力パルス信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラと、該カメラに対向配置される無地の表面を備えた背景板と、前記カメラ側から前記背景板の前記表面を照明する光源と、前記カメラの出力信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、前記カメラの前記出力信号に含まれる降下物からの反射信号成分を浮動２値化によりパルス化する浮動２値化回路を有することを特徴とする降下物検出装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記浮動２値化回路の出力のパルス数を一定期間積算するカウンタと、該カウンタの出力する積算値若しくはその平均値を所定の閾値と比較する判定手段と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の降下物検出装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記浮動２値化回路の出力のパルス数を一定期間積算するカウンタと、前記光源から照射された光の有無による前記カウンタの出力する積算値若しくはその平均値の差を所定の閾値と比較する判定手段と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の降下物検出装置。
【請求項４】
前記背景板の表面は屏風状に屈折して構成され、前記光源から照射された光の前記背景板の表面による正反射光が直接前記カメラへ向かう方向から逸れるように構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の降下物検出装置。
【請求項５】
前記背景板の表面において前記屏風状の稜線ラインあるいは谷底ラインの線幅を前記カメラの該ラインと交差する方向の分解能以下の線幅に構成することを特徴とする請求項４に記載の降下物検出装置。
【請求項６】
前記カメラの少なくとも撮影方向前面は透明ヒータ付きガラスで構成された窓部で覆われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の降下物検出装置。
【請求項７】
前記窓部は前記透明ヒータ付きガラスに光触媒作用のあるガラスを重ねて構成され、該光触媒ガラスが外側へ露出する態様で設置されることを特徴とする請求項６に記載の降下物検出装置。
【請求項８】
前記カメラの焦点位置を前記背景板の表面よりもカメラ側にセットしたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の降下物検出装置。
【請求項９】
前記背景板は無地黒色の前記表面を備えるとともに、前記背景板からの反射光量分布がより均一になるよう複数の前記光源が分散配置されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の降下物検出装置。
【請求項１】
カメラと、該カメラに対向配置される無地の表面を備えた背景板と、前記カメラ側から前記背景板の前記表面を照明する光源と、前記カメラの出力信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、前記カメラの前記出力信号に含まれる降下物からの反射信号成分を浮動２値化によりパルス化する浮動２値化回路を有することを特徴とする降下物検出装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記浮動２値化回路の出力のパルス数を一定期間積算するカウンタと、該カウンタの出力する積算値若しくはその平均値を所定の閾値と比較する判定手段と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の降下物検出装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記浮動２値化回路の出力のパルス数を一定期間積算するカウンタと、前記光源から照射された光の有無による前記カウンタの出力する積算値若しくはその平均値の差を所定の閾値と比較する判定手段と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の降下物検出装置。
【請求項４】
前記背景板の表面は屏風状に屈折して構成され、前記光源から照射された光の前記背景板の表面による正反射光が直接前記カメラへ向かう方向から逸れるように構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の降下物検出装置。
【請求項５】
前記背景板の表面において前記屏風状の稜線ラインあるいは谷底ラインの線幅を前記カメラの該ラインと交差する方向の分解能以下の線幅に構成することを特徴とする請求項４に記載の降下物検出装置。
【請求項６】
前記カメラの少なくとも撮影方向前面は透明ヒータ付きガラスで構成された窓部で覆われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の降下物検出装置。
【請求項７】
前記窓部は前記透明ヒータ付きガラスに光触媒作用のあるガラスを重ねて構成され、該光触媒ガラスが外側へ露出する態様で設置されることを特徴とする請求項６に記載の降下物検出装置。
【請求項８】
前記カメラの焦点位置を前記背景板の表面よりもカメラ側にセットしたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の降下物検出装置。
【請求項９】
前記背景板は無地黒色の前記表面を備えるとともに、前記背景板からの反射光量分布がより均一になるよう複数の前記光源が分散配置されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の降下物検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２３６９３２（Ｐ２０１０−２３６９３２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８３２０６（Ｐ２００９−８３２０６）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【出願人】（３９０００８４９７）日本電熱株式会社 (32)
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【出願人】（３９０００８４９７）日本電熱株式会社 (32)
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