JP2001013009A - 赤外放射温度測定装置及びその測定方法並びに画像切り出し方法 - Google Patents

赤外放射温度測定装置及びその測定方法並びに画像切り出し方法

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JP2001013009A
JP2001013009A JP11183814A JP18381499A JP2001013009A JP 2001013009 A JP2001013009 A JP 2001013009A JP 11183814 A JP11183814 A JP 11183814A JP 18381499 A JP18381499 A JP 18381499A JP 2001013009 A JP2001013009 A JP 2001013009A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外カメラで移動する被測定体の温度を計測
する際に被測定体の移動速度が可変しても、或は被測定
体の形状が３次元的に湾曲していても正確な熱画像温度
データを取得できる様にする。 【解決手段】 被測定体１の軌道上にスタートセンサ７
ａ及び速度センサ７ｂ及び７ｃを設けて、赤外カメラ５
ａ及び５ｂで被測定体１の側面を上下方向に１ライン固
定走査して被測定体１の熱画像データを取得し、速度セ
ンサ７ｂ及び７ｃからの速度信号を基に水平方向の熱画
像補正を行ない、温度の平均値を基に垂直方向の熱画像
補正を行なう様にして、精度よく熱画像データを得て、
これを疑似カラー表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は赤外放射移動物体の
赤外放射温度測定装置及びその測定方法並びに画像切り
出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から自動車の内燃機関、車輌のモー
タの様に熱を発生しながら走行するものでは各部への熱
伝達の検証を行なうために赤外カメラによる赤外放射温
度測定が広く行なわれている。
【０００３】図１１は製鉄所の高炉から転炉工場へ溶鉄
を移送するための混銑車１を示している。この混銑車１
はタンクの先端の前後が銃弾の様に円錐状と成され、大
量の溶鉄を移送するため複数の車輪２を有し、製鉄所内
に敷設した線路３上をかなりの速度で移動させている。
【０００４】タンク内には高温の銑鉄が挿入されるため
耐火レンガ４をタンク内壁を囲繞する様に配設し、溶融
した銑鉄は耐火レンガ壁内に供給される様に成されてい
る。
【０００５】上述の様な高温で且つかなりの高速で線路
３上を移動する混銑車１等の温度状態を監視し、上記耐
火レンガ４を補修するために、従来では被温度測定体で
ある混銑車１を停止させ、赤外カメラ５に広角レンズを
装着して熱画像データを取得している。また、線路３上
を移動する混銑車１を撮像する場合には一定速度で移動
している状態で赤外カメラ５を２次元走査することで熱
画像データを取得していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１２に示す様に従来
では赤外カメラ５と混銑車１の中心を結ぶラインＣＬを
０°とした場合に赤外カメラ５をＹ軸及びＺ軸方向に所
定周期Ｐで２次元走査しているが走査角度が±４０°の
範囲では放射率を略一定に取得することができるが混銑
車１のタンクは先端部及び後方部が銃弾の様に円錐状と
成されているため水平方向（Ｙ軸方向）及び垂直方向
（Ｚ軸方向）ではＸ軸方向に距離Ｄの差が生じて取得放
射率が低下し、温度指示値が低下して測定精度が悪化し
ていた。
【０００７】本発明は叙上の課題を解決するために成さ
れたもので、発明が解決しようとする課題は移動する被
温度測定体の混銑車の速度が変化しても、混銑車の進行
方向に垂直に１次元走査することで水平及び垂直方向の
測定角度を混銑車１と赤外カメラ５を結ぶラインＣＬ上
で直視する様にして、測定精度が向上した赤外放射温度
測定装置及びその測定方法並びに画像切り出し方法を得
る様にしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外放射温度測
定装置は被温度測定体が移動する通路に配設した測定開
始位置検出手段と、被温度測定体が移動する通路に配設
した移動速度検出手段と、被温度測定体の移動方向に対
して垂直方向に走査して熱画像を取得する赤外熱画像撮
像手段と、赤外熱画像撮像手段で取得した熱画像データ
と移動速度検出手段で検出した速度信号及びストローブ
信号を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶した速
度信号及びストローブ信号に基づいて、記憶手段に記憶
した被温度測定体の水平及び奥行方向或は少なくともい
ずれか一方向に変位した熱画像データの変位演算を行な
う演算手段とを具備し、演算手段の演算結果に基づいて
変位した取得熱画像データを被温度測定体の原寸法に対
応した熱画像として疑似カラー表示して成るものであ
る。
【０００９】本発明の赤外放射温度測定方法は移動する
被温度測定体の所定移動位置で熱画像データの測定を開
始して、被温度測定体の移動速度及び熱画像データを赤
外熱画像撮像手段で取得する赤外放射温度測定方法であ
って、記憶手段に格納した熱画像データと被温度測定体
の移動速度に基づいて被温度測定体の水平及び奥行方向
或は少なくともいずれか一方向に変位した熱画像データ
の変位を演算し、演算結果に基づいて熱画像データを被
温度測定体の原寸法に対応した熱画像として疑似カラー
表示して成るものである。
【００１０】本発明の画像切り出し方法は被温度測定体
の図面データから形状の特異点を検出するステップと、
被温度測定体の測定熱画像データ上で形状の特異点と同
一位置を認識比較するステップと、図面データと測定熱
画像データの特異点が一致する様に伸張、圧縮させるス
テップを介して被温度測定体の測定熱画像を切り出して
成るものである。
【００１１】本発明の赤外放射温度測定装置及び赤外放
射温度測定方法並びに画像切り出し方法によれば熱画像
データを１次元走査で取得するようにしたので精度の良
い熱画像データが得られ、混銑車の運行に関係なく熱画
像データを自動測定することができ、且つ歪補正後の混
銑車の熱温度分布を正確に特定することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の被温度測定体の赤
外放射温度測定装置及び赤外放射温度測定方法並びに画
像切り出し方法を図１乃至図１０を用いて説明する。
【００１３】図１は本発明の赤外放射温度測定装置の系
統図を示すものであり、図１において、タンク内に溶融
した銑鉄を充填した高温の被温度測定体（混銑車）１が
線路３上を矢印Ａ方向に所定速度で常時運行されてい
る。
【００１４】上述の混銑車１のタンク６は図３の様に先
端部及び後方部が円錐状と成され、銑鉄の出し入れはタ
ンク上に設けた銑鉄供給排出口１ａから行なわれ、タン
ク６の外壁は鋼材等で形成されているが、タンク６の内
壁内には図１１で説明したように耐火レンガ４が積まれ
て、タンク６の外壁が溶融しないようになされている。
大量の銑鉄を移動するために複数の車輪２が設けられて
いて、赤外カメラ５ａ，５ｂはタンク６の外壁の左右或
はいずれか一方から撮像して赤外放射熱画像データ（以
下熱画像データと記す）を取得していた。
【００１５】本例では線路３内に測定開始位置を検出す
るためのセンサとしてスタートタピットスイッチ（以下
スタートセンサと記す）７ａと、混銑車１の通過速度を
検出するための１対の光センサ（以下速度センサと記
す）７ｂ及び７ｃを１つの軌道につき３個配設する。ま
た速度センサ７ｂ及び７ｃ間は所定距離Ｌ離されて配設
されている。
【００１６】赤外カメラ５ａ及び５ｂは混銑車１のタン
クの左右側面、或はいずれか一方の面を撮像する様に例
えばスタートセンサ７ａと速度センサ７ｂ及び７ｃ間に
固定されている。
【００１７】スタートセンサ７ａ及び速度センサ７ｂ及
び７ｃからの測定スタート開始用と通過速度用の検出出
力はパルスインタフェース８に供給され、赤外カメラ５
ａ及び５ｂからの熱画像データは赤外カメラインタフェ
ース９に供給される。
【００１８】パルスインタフェース８及び赤外カメライ
ンタフェース９はスタート信号及び速度信号並びに熱画
像データを出力する。
【００１９】バッファメモリ１０には速度センサ７ｃを
踏み込んだ時の通過車輪数（以下ストローブ信号と記
す）及び速度信号並びに熱画像データをバッファメモリ
１０内に格納し、１つのファイルとして保存する。
【００２０】これら各信号はマイクロコンピュータ（Ｃ
ＰＵ）１６及びアドレスコントローラ１５を介して各種
の演算処理、制御処理が行なわれる。
【００２１】バッファメモリ１０からの熱画像データ１
１はＣＲＴコントローラ１１及び画像バッファメモリ１
２及びＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）ジェネレータ１３
を介してＣＲＴ等のカラーディスプレイ１４に熱画像デ
ータを疑似カラー表示する。ＣＰＵ１６はＣＲＴコント
ローラ１１、バッファメモリ１２、ＲＧＢジェネレータ
１３、カラーディスプレイ１４等をコントロールしてい
る。
【００２２】上述構成の赤外放射温度測定装置１７の動
作を図２乃至図１０を用いて説明する。
【００２３】図２は本発明の赤外放射温度測定装置のフ
ローチャート、図３は被温度測定体（混銑車）と走査方
法の説明図である。先ず、図３によって、熱画像データ
を赤外カメラ５ａ及び５ｂによって取得する測定方法を
説明する。
【００２４】混銑車１は線路３上をＡ方向が進入してき
て、混銑車１の先頭車輪がスタートセンサ７ａを踏み込
むとスタート信号ＴＳ0 を発生し、パルスインタフェー
ス８を介してＣＰＵ１６に供給される。
【００２５】この段階で赤外カメラ５ａ及び５ｂは保護
ハウジングのシャッタを開き撮像動作を開始する。赤外
カメラ５ａ又は／及び５ｂは図３の走査線１８で示す様
に上下方向に１ラインだけ固定走査を行なう様になされ
ている。
【００２６】即ち、ＣＰＵ１６内では図２のフローチャ
ートに示す様に第１ステップＳＴ1でスピードセンサ７
ａからスタート信号ＴＳ0 が検出されたかを常時監視し
て、混銑車１が入線したかをみている。スタートセンサ
７ａからのスタート信号ＴＳ 0 が入力されると第２ステ
ップＳＴ2 に示す様に赤外カメラ５ａ及び５ｂは上記し
た上下方向に１ラインだけ固定走査するタイムトレース
モードで撮像を開始する。この様なタイムトレースモー
ドでも混銑車１がＡ方向に移動しているので混銑車１の
展開熱画像を得ることが出来る。
【００２７】次に第３ステップＳＴ3 の様に混銑車１の
先頭車輪２がスタートセンサ７ａを踏み込んでから速度
センサ７ｂ及び７ｃを踏み込むまでの時間Ｔを計測し
て、センサ７ｂ及び７ｃ間の距離Ｌから混銑車１の通過
速度Ｖを算出する。
【００２８】即ち、混銑車１が速度センサ７ｂ及び７ｃ
を踏み込むと図１に示すパルス信号ＴＳ1 及びＴＳ2 が
発生するので、これらパルス信号ＴＳ1 及びＴＳ2 をパ
ルスインタフェース８を介して、ＣＰＵ１６に供給し、
速度センサ７ｂ及び７ｃ間の距離Ｌ間の通過時間Ｔを計
測して、通過速度ＶをＣＰＵ１６から算出してスピード
データを取得する。
【００２９】更に、ＣＰＵ１６は速度センサ７ｃ上を通
過する混銑車１の通過車輪数（以下ストローブ信号と記
す）を計測し、バッファメモリ１０内に記憶する。この
様な速度信号、ストローブ信号、熱画像データの取得処
理方法を図４で説明する。
【００３０】赤外カメラ５ａ及び５ｂはスタートセンサ
７ａからスタート信号ＴＳ0 が入力されると予め走査時
間、フォーカス、レベル、センス等を設定してある条件
に従って撮像を開始する。
【００３１】熱画像データは走査線１８の様に上下方向
に１ライン固定走査することで図５に示す様な展開熱画
像データ２０を得る。また、速度センサ７ｃを踏み込ん
だ時に通過する車輪数であるストローブ信号ＳＳT を得
るたびに速度信号ＳＳP を取得する。即ち、図４の様に
ストローブ信号ＳＳT の番号から次のストローブ信号
ＳＳT の番号までは同じ速度信号ＳＳP として取得し
ている。
【００３２】上述の様な各種データの取得処理が終了し
た時点でＣＰＵ１６は第４ステップＳＴ4 に示す様にス
トローブ信号ＳＳT 及び速度信号ＳＳP 並びに熱画像デ
ータを１つのファイルとしてバッファメモリ１０に格納
する。
【００３３】次の第５ステップＳＴ5 でＣＰＵ１６は混
銑車１が赤外カメラ５ａ及び５ｂ前面を通過したか否か
を判断し、“ＮＯ”であれば第３ステップＳＴ3 の頭に
戻されるが、“ＹＥＳ”であれば第６ステップＳＴ6 で
撮像を終了する。
【００３４】次に、ＣＰＵ１６は図５の様に混銑車１の
展開熱画像データ２０の予め設定されたストローブ信号
ＳＳT の番号間（図５では丸で囲まれた矢印部分）の熱
画像データを切り出す。
【００３５】次の第７ステップＳＴ7 ではバッファメモ
リ１０に格納した展開熱画像データ２０の水平方向の補
正を行なう。
【００３６】即ち、図５の様に水平方向に伸張された展
開熱画像データ２０の１ライン走査毎の垂直方向の温度
分散を調べて、図６の様に混銑車１と背景部２２との境
界を定めるために、背景部２２と混銑車１との温度分散
が最大となる位置を求めて、左右端部２３Ｌ及び２３Ｒ
を決定する。
【００３７】次にバッファメモリ１０内の速度信号ＳＳ
P に従って、水平方向のデータを間引いて図６の様に圧
縮熱画像データ２１を得る様にする。
【００３８】次に第８ステップＳＴ8 では混銑車１が上
下に揺動するために混銑車１の垂直方向の画素数を１２
８画素と定め、上下方向の１９２画素までのエリアの熱
温度の平均が最大となる位置を求めて、図７の様にその
位置を垂直方向の上端部２４Ｕ及び下端部２４Ｄとす
る。
【００３９】次の第９ステップＳＴ9 では熱画像の特異
点を抽出して画像歪の補正を行なう。
【００４０】上述の第９ステップＳＴ9 では混銑車１の
輪郭を認識するために図８に示す様に混銑車の図面から
形状特異性のある点、即ち、混銑車１の特徴の或る頂点
２５を抽出する。
【００４１】次に図９の様に混銑車１の輪郭と背景熱画
像データ２７との閾値を定めて、この閾値の連続した領
域２８を測定対象とし、その領域の境界に接する直線の
交点（頂点）２５を求める。
【００４２】更に、混銑車熱画像データ２６と図面デー
タの各頂点２５が合う様に混銑車１の熱画像データ２６
を圧縮或は伸張して図面データ上に混銑車熱画像データ
２６を重畳させて、混銑車１の図面データ以外の画像デ
ータを切り捨てることで図１０に示す様な補正画像デー
タ３０が得られる。
【００４３】第１０ステップＳＴ10では補正した熱画像
データをバッファメモリ１２等に保存し、ＣＰＵ１６は
ＣＲＴコントローラ１１やＲＧＢジェネレータ１３を介
して疑似カラー画像表示化して、カラーディスプレイ１
４等に温度分布をカラー表示させる。勿論カラープリン
タ等に複写する様にしてもよい。
【００４４】本発明の赤外放射温度測定装置又は赤外放
射温度測定方法並びに画像切り出し方法によれば被温度
測定体の移動速度が変化したり、形状の幅や奥行等が変
化する様に湾曲部分があるものでも温度測定精度が低下
して異常検出することがなく、１次元走査のみで精度よ
く温度データが取得できる。また、混銑車を停止させた
り、一定速度で走行させなくても、自動的に温度測定が
常時行なわれるので混銑車の運行に支障を生ずることも
ない。さらに、本発明の画像切り出し方法では測定方法
に関係なく熱画像の歪を補正できて、混銑車の耐火レン
ガ補修を迅速に行なうことができる。
【００４５】
【発明の効果】本発明によれば下記の各項目に示す効果
を得ることが出来る。 （１）被温度測定体の移動速度が可変しても高精度の熱
画像データが取得できる。 （２）被温度測定体の形状が湾曲して幅や位置が変化し
ていても、高精度の熱画像データが取得できる。 （３）熱画像取得測定方法に関係なく熱画像歪を補正で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外放射温度測定装置の系統図であ
る。
【図２】本発明の赤外放射温度測定装置のフローチャー
トである。
【図３】被温度測定体と走査方法の説明図である。
【図４】本発明の各種信号及び熱画像取得説明図であ
る。
【図５】本発明の展開熱画像データの切り出し説明図で
ある。
【図６】本発明の熱画像データの間引き説明図である。
【図７】本発明の垂直方向補正説明図である。
【図８】本発明の混銑車の図面からの特異点の抽出方法
説明図である。
【図９】本発明の輪郭決定方法説明図である。
【図１０】本発明の熱画像の模式図である。
【図１１】従来の混銑車の説明図である。
【図１２】従来の赤外カメラの走査説明図である。
【符号の説明】
１‥‥混銑車、７ａ‥‥スタートセンサ、７ｂ，７ｃ‥
‥速度センサ、５ａ，５ｂ‥‥赤外カメラ、１０‥‥バ
ッファメモリ、１６‥‥ＣＰＵ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高杉 和宏 東京都小平市天神町１−57 エヌイーシー 三栄株式会社内 Ｆターム(参考） 2G066 AC16 BA14 BC15 BC23 CA02 CB01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被温度測定体が移動する通路に配設した
    測定開始位置検出手段と、 上記被温度測定体が移動する通路に配設した移動速度検
    出手段と、 上記被温度測定体の移動方向に対して垂直方向に走査し
    て熱画像を取得する赤外熱画像撮像手段と、 上記赤外熱画像撮像手段で取得した熱画像データと上記
    移動速度検出手段で検出した速度信号及びストローブ信
    号を記憶する記憶手段と、 上記記憶手段に記憶した上記速度信号及びストローブ信
    号に基づいて、上記記憶手段に記憶した被温度測定体の
    水平及び奥行方向或は少なくともいずれか一方向に変位
    した上記熱画像データの変位演算を行なう演算手段とを
    具備し、 上記演算手段の演算結果に基づいて上記変位した取得熱
    画像データを上記被温度測定体の原寸法に対応して熱画
    像として疑似カラー表示して成ることを特徴とする赤外
    放射温度測定装置。
  2. 【請求項２】 前記赤外熱画像撮像手段で取得した熱画
    像データ上で前記被温度測定体の形状的特徴点を比較
    し、該被温度測定体の図面データと一致する様に該熱画
    像データを伸張、圧縮させて歪補正を行なう様に成した
    ことを特徴とする請求項１記載の赤外放射温度測定装
    置。
  3. 【請求項３】 移動する被温度測定体の所定移動位置で
    熱画像データの測定を開始して該被温度測定体の移動速
    度及び熱画像データを赤外熱画像撮像手段で取得する赤
    外放射温度測定方法であって、 記憶手段に格納した上記熱画像データと上記被温度測定
    体の移動速度に基づいて該被温度測定体の水平及び奥行
    方向或は少なくともいずれか一方向に変位した該熱画像
    データの変位を演算し、演算結果に基づいて該熱画像デ
    ータを該被温度測定体の原寸法に対応した熱画像として
    疑似カラー表示して成ることを特徴とする赤外放射温度
    測定方法。
  4. 【請求項４】 被温度測定体の図面データから形状の特
    異点を検出するステップと、 上記被温度測定体の測定熱画像データ上で上記形状の特
    異点と同一位置を認識比較するステップと、 上記図面データと上記測定熱画像データの上記特異点が
    一致する様に伸張、圧縮させるステップを介して被温度
    測定体の測定熱画像を切り出して成ることを特徴とする
    画像切り出し方法。
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