JP2007179266A - 減光式煙感知器及び減光式煙感知システム - Google Patents

Abstract

【課題】煙の拡散状態や背景色との関係に影響を受けることがなく、発光手段の位置ずれの影響を受けることがない、減光式煙感知器及び減光式煙感知システムを提供すること。
【解決手段】監視範囲に対して発光ユニット１０から投光された検出光の減光率に基づいて煙を感知する減光式の煙感知器１であって、監視範囲を撮像する撮像ユニット２０と、撮像された画像の中から発光ユニット１０による検出光の発光面又は当該発光面の反射面を探索する探索処理部２３ｂと、探索された発光面の輝度を算定する輝度算定部２３ｃと、算定された発光面の輝度又は当該輝度の変化分を所定の閾値と比較することにより監視範囲における煙の発生の有無を判定する判定部２４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、監視範囲における煙の発生を検出する煙感知器に関し、特に、煙による検出光の減光を利用して煙の感知を行う減光式煙感知器及び減光式煙感知システムに関する。

従来から、火災等にて発生した煙を感知する煙感知器の一形態として、検出光の減光率に基づいて煙の感知を行う減光式煙感知器が知られている。この減光式煙感知器は、検出光を発光する発光手段と、この検出光を受光する受光手段とを備えて構成されており、発光手段にて発光され受光手段に入射する検出光の光量の減光率等を監視して、この減光率に基づいて煙の発生を検出するものである。このような減光式煙感知器の中でも、比較的広い監視範囲をカバーできるものとして、発光ユニットと受光ユニットとを相互に分離して対向配置する分離型煙感知器や、発光部及び受光部を一体に備えた発光受光ユニットと反射板とを対向配置して構成される反射型煙感知器がある。

ここで、これら光電式分離型煙感知器や光電式反射一体型煙感知器においては、比較的広い監視範囲を監視する必要があるため、様々な問題が生じ得る。例えば、このような煙感知器においては、発光ユニットは発光部にて発光された検出光が受光ユニットや受光部にて適切に受光されることを前提としているが、この煙感知器が設置された壁や柱が経年変化等によって歪んだ場合には、この歪みがわずかであっても長距離に渡る光軸に対しては大きく影響するため、光軸がずれて減光率を正確に検出できない可能性がある。

また、広い監視範囲においては、発光ユニットや発光部にて発光された検出光以外の光、例えば、太陽光や電灯光の影響を受ける可能性が高く、これらの外乱光が受光ユニットや受光部に入射した場合には、やはり減光率を正しく検出ない可能性がある。特に、反射型煙感知器においては、検出光の当る範囲内に天井や壁等の各種の構造物があると、この構造物の反射光が受光部に入射し、同様に失報を生じる可能性があるため、発光受光ユニットや反射板を構造物に近づけて設置することができない。

あるいは、このような検出光を用いた煙感知器においては、検出光が通過する光軸上の煙しか検出できないため、光軸の外にスポット的に濃い煙が立ち昇ったような場合、その煙が天井に溜って光軸を遮るまでは煙の検出ができない。したがって広い監視範囲で煙を早期に検出するためには煙感知器をいくつも設置する必要がある。

このような問題を解消するため、従来から、カメラにて比較的広い領域を撮像し、この結果得られた画像に画像処理手段による各種の処理を施すことで、煙の有無等を判断する煙感知器も提案されている。例えば、特開平５−２０５６３号公報に開示された煙検出装置では、カメラ装置の撮影動作に同期してバックライトを発光することによって煙を撮影し、この際に撮影された画像の多階調画素信号を解析する（例えば、特許文献１参照）。そして、この多階調画素信号の低下が、所定レベル以上であり、かつ、所定面積を超えた場合に、発煙領域があると判断する。

また、特開２００４−１０４７２７号公報に開示された煙検出装置では、監視範囲に発光器を設けると共に、この発光器と所定の距離をおいて監視カメラを設け、煙がない時の発光領域と非発光領域との平均輝度値をそれぞれ求めておき、これらを、煙がある時の発光領域と非発光領域との平均輝度値と対比することで、煙の有無を判断する（例えば、特許文献２参照）。

あるいは、特開平８−１２４０６４号公報に開示された火災検出装置では、大空間設備を複数の監視範囲に分割してその各監視範囲をそれぞれ複数の撮像装置にて撮像し、この各撮像画像を画像処理装置にて画像処理することで、各監視範囲の火災やその位置を検出している。また、この装置では、各監視範囲に指標を設け、その見え方から煙を検出する。

特開平５−２０５６３号公報 特開２００４−１０４７２７号公報 特開平８−１２４０６４号公報

しかしながら、これら従来の煙感知器では、煙や監視範囲の状況によっては、依然として煙感知を適切に行なうことができない場合があった。例えば、同様の規模の火災が生じて煙が発生した場合であっても、監視範囲中の気流の状態によって、濃い煙が集中して立ち昇る場合と、煙が拡散されて薄く広範囲に広がる場合とがある。このように煙の状態が異なる場合であっても、全体の火災規模は同じであり、一定空間に存在する煙の総量は同じであるため、それぞれを確実に検出できることが煙感知器に求められる。しかし従来のように煙自体を撮影する方法では、濃い煙が集中して立ち昇った場合には煙を明瞭に撮影できるためにこれを検出できるが、煙が拡散されて薄く広範囲に広がった場合には煙を明瞭に撮影できず、その検出が困難であった。また、この装置では、煙の色（黒色系や白色系）と背景の色が近い場合には、多階調画素信号の低下するレベルや面積が小さく、煙発生の断定が困難になることがあった。従って、煙の拡散状態や背景色との関係に影響を受けることがない、煙感知器が要望されていた。

また、発光器と所定の距離をおいて監視カメラを設けた装置においては、監視カメラと発光器とがそれぞれ動かないことを前提条件としている。建物の歪み等の原因で監視カメラと発光器の相対位置や角度が動いた場合、撮像画像中における発光器の位置がずれることで発光領域や非発光領域の位置も変化するため、煙検出を正確に行うことができなかった。従って、発光器の位置ずれの影響を受けることがない、煙感知器が要望されていた。

また、監視範囲に設けた指標の見え方から煙を検出する装置では、やはりカメラと指標とがそれぞれ動かないことを前提条件としているので、カメラや指標が動いた場合には、煙検出を正確に行うことができなかった。また、この装置では、指標のエッジ変化や濃度変化を調べる点が示されているものの、煙濃度の変化を正確に算定する方法が具体的には開示されていなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、煙の拡散状態や背景色との関係に影響を受けることがなく、発光手段の位置ずれの影響を受けることがない、減光式煙感知器及び減光式煙感知システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、監視範囲に対して所定の発光手段から投光された検出光の減光率に基づいて煙を感知する減光式煙感知器であって、前記監視範囲を撮像する撮像手段と、前記撮像手段にて撮像された画像の中から、前記発光手段による前記検出光の発光面又は当該発光面の反射面を探索する発光面探索手段と、前記発光面探索手段にて探索された前記発光面に基づいて、前記監視範囲における煙の発生の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記発光面探索手段にて探索された前記発光面の輝度を算定する輝度算定手段を備え、前記判定手段は、前記輝度算定手段にて算定された前記発光面の輝度又は当該輝度の変化分を所定の閾値と比較することにより、前記監視範囲における煙の発生の有無を判定すること、を特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記判定手段は、前記発光面探索手段にて探索された前記発光面の形状を、所定形状と比較することにより、前記監視範囲における煙の発生の有無を判定すること、を特徴とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の本発明において、前記発光面探索手段は、前記撮像手段にて撮像された画像の中から、所定形状と同一又は類似の領域を特定することにより、前記発光面又は前記反射面を探索すること、を特徴とする。

請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の本発明において、前記撮像手段に対して前記監視範囲を隔てて配置された前記発光手段を備え、前記発光手段には、前記所定形状の光が投光されるように、当該発光手段から発光される光を遮蔽する遮蔽手段を設けたこと、を特徴とする。

請求項６に記載の本発明は、請求項４に記載の本発明において、前記発光手段と前記撮像手段とを筐体の内部に一体に収容すると共に、この筐体に対して前記監視範囲を隔てて配置された反射手段を備え、前記筐体には、前記反射手段に対して所定形状の光が投光されるように、前記発光手段から発光される光を遮蔽する遮蔽手段を設けたこと、を特徴とする。

請求項７に記載の本発明は、請求項４に記載の本発明において、前記発光手段と前記撮像手段とを筐体の内部に一体に収容すると共に、この筐体に対して前記監視範囲を隔てて配置された反射手段を備え、前記反射手段を、前記所定形状の光のみを反射可能としたこと、を特徴とする。

請求項８に記載の本発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の本発明において、前記判定手段は、前記発光面探索手段にて前記発光面又は前記反射面の探索ができなかった場合、前記監視範囲にて煙が発生したものと判定すること、を特徴とする。

請求項９に記載の本発明は、請求項１から８のいずれか一項に記載の本発明において、前記発光手段による前記検出光の発光と、前記撮像手段による前記監視範囲の撮像との、相互の同期を取るための同期手段を備えたこと、を特徴とする。

請求項１０に記載の本発明は、監視範囲に対して所定の発光手段から投光された検出光の減光率に基づいて煙を感知する減光式煙感知器を複数並設して構成された減光式煙感知システムであって、前記減光式煙感知器は、前記監視範囲を撮像する撮像手段と、前記撮像手段にて撮像された画像の中から、前記所定形状と同一又は類似の領域を特定することにより、前記発光手段による前記検出光の発光面又は当該発光面の反射面を探索する発光面探索手段と、前記発光面探索手段にて探索された前記発光面に基づいて、前記監視範囲における煙の発生の有無を判定する判定手段と、を備えて構成され、前記複数の減光式煙感知器の各々の前記発光面探索手段は、相互に異なる形状と同一又は類似の領域を特定することにより、前記発光面又は当該発光面の反射面を探索すること、を特徴とする。

この発明によれば、煙自体を撮影するのではなく、発光面を撮影しているので、煙が拡散されて薄く広がった場合であっても、この煙の濃度の影響を直接的に受けることがないので、煙を確実に検出することができる。また、発光面を自動的に探索するので、経年変化による柱や壁の歪等によって二次元センサと発光面との相対位置が変化した場合であっても、この発光面の位置を自動的に特定してその輝度変化を算定でき、長期間に渡って安定的で確実な煙検出を行うことができる。

この発明によれば、煙自体の多階調画素信号の低下を監視するのではなく、あくまで発光面の輝度を監視しているので、煙の色と背景の色との関係に影響されることなく、安定的で確実な煙検出を行うことができる。

この発明によれば、発光面の形状に基づいて煙の有無を判定できるので、発光面の輝度を算定することなく煙判定を行なうことができ、判定処理を一層簡易で高速に行なうことができる。

この発明によれば、撮像手段にて撮像された画像の中から所定形状と同一又は類似の領域を特定することで、発光面又は反射面を容易かつ確実に探索することができる。

この発明によれば、分離式煙感知器における発光手段に遮蔽手段を設けたので、撮像手段の光学系については従来の分離型煙感知器と同じものを利用できるので、煙感知器の製造や設置が容易である。

この発明によれば、反射型煙感知器における発光撮像手段側に遮蔽手段を設けたので、反射板については従来の反射型煙感知器と同じものを利用できるので、煙感知器の製造や設置が容易である。

この発明によれば、反射型煙感知器における反射手段側に遮蔽手段を設けたので、発光撮像手段の光学系については従来の反射型煙感知器と同じものを利用できるので、煙感知器の製造や設置が容易である。

この発明によれば、発光面又は反射面の探索ができなかった場合には煙が発生したものと判定するので、煙が発生しているために発光面の輝度が低下して当該発光面を探索できなかったような場合であっても、これを安全サイドにとらえて発報を行なうことで、利用者の安全性や煙検知の信頼性を高めることができる。

この発明によれば、発光と撮像と相互の同期を取ることで、連続的に発光や撮像を行なう必要性をなくし、消費電力を低減できる。

この発明によれば、複数の煙感知器を並設した場合において、特定の煙感知器の検出光が柱や壁等の構造物によって反射等されて他の煙感知器に入射して撮像された場合においても、発光面の形状の違いに基づいて自己の発光面を特定できるので、外乱光の影響を自動的に排除でき、煙検出の確実性を維持することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る減光式煙感知器及び減光式煙感知システムの各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔Ｉ〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

〔Ｉ〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。本発明は、概略的に、監視範囲における検出光の減光率に基づいて煙を感知する減光式煙感知器及び減光式煙感知システムに関する。より具体的には、検出光を発光する発光手段や、監視範囲を撮像する撮像手段を備え、撮像手段にて撮像された画像内における発光手段の発光面の輝度を、所定の閾値と比較することにより、監視範囲における煙の発生の有無を判定する。ここで、監視範囲の具体的構成は任意であり、例えば、体育館や倉庫の如き比較的広域の領域が対象になる。

この各実施の形態に係る減光式煙感知器及び減光式煙感知システムの特徴の一つは、撮像手段にて撮像された画像の中から、発光手段による検出光の発光面又は当該発光面の反射面を探索することにある。すなわち、従来のように単に撮像手段にて指標を撮影した場合において、撮像手段や指標が動いた場合には、画像内における指標の位置が特定できないので、減光率を正しく判定できない。これに対して、各実施の形態に係る減光式煙感知器では、発光面やその反射面を探索するので、撮像手段、発光手段、あるいは、検出光を反射する反射手段が動いた場合であっても、減光率を正しく判定できる。また、各実施の形態に係る減光式煙感知器では、煙濃度を正確に算定するための具体的な方法を提示している。

〔II〕各実施の形態の具体的内容
以下に添付図面を参照して、各実施の形態の具体的内容について順次詳細に説明する。

〔実施の形態１〕
最初に、実施の形態１について説明する。この実施の形態１は、発光ユニットと受光ユニットとを相互に分離して対向配置した分離型の煙感知器に関する形態である。

（煙感知器の構成）
まず、実施の形態１に係る煙感知器の構成を説明する。図１は本実施の形態１に係る煙感知器の構成を概念的に示す図である。この図１に示すように、煙感知器１は、発光ユニット１０と撮像ユニット２０とを備えて構成されている。これら発光ユニット１０と撮像ユニット２０とは、数十ｍ〜数百ｍ程度の距離を隔てて、監視範囲を挟んで相互に対向するように配置される。

発光ユニット１０は、検出光を発光するものであり、特許請求の範囲における発光手段に対応する。この発光ユニット１０は、筐体１１の内部に光源１２を収容して構成されており、光源１２を連続的に点灯又は間欠的に点滅させることによって、検出光を監視範囲に向けて投光する。なお、図示においては光源１２を電球として示しているが、撮像ユニット２０の後述する撮像手段によって撮影可能な限りにおいて任意の種類の光源を採用可能であり、例えば、撮像ユニット２０の後述する撮像手段が赤外線カメラとして構成されている場合には、光源１２を赤外光源としてもよい。また、光源１２に、その他のレンズ、反射鏡、あるいは、すりガラス等の拡散板を組み合わせて、発光面のサイズを大きくする構成としてもよい。あるいは、光源１２の光を、撮像ユニット２０に適切に入射させるためには、レンズや凸面反射鏡にて絞ったり、光源１２をビーム状光としてもよい。

ここで、発光ユニット１０における撮像ユニット２０との対向面には、遮光板１３が設けられている。この遮光板１３は、発光ユニット１０にて発光された検出光を所定形状に遮蔽するもので、特許請求の範囲における遮蔽手段に対応する。この遮光板１３は、所定形状（図示では星形状）の投光窓１４を備えており、発光ユニット１０から投光された光のうち、この投光窓１４を通過した光のみが、監視範囲に向けて検出光として投光される（すなわち、投光窓１４の開口面は、検出光が投光される発光面として機能する）。この投光窓１４は、従来のスポット式の煙感知器の光軸よりも遥かに広い開口部として形成されており、従って、この投光窓１４を通過して投光される検出光は、従来のスポット式の煙感知器の検出光よりも比較的広い領域に向けて投光される。また、投光窓１４は単なる開口部とせず、すりガラス等の拡散板を設け、発光ユニット１０の光を拡散させることで当該発光ユニット１０の光ムラをなくす構成としてもよい。なお、投光窓１４の形状は任意であり、例えば、１つの遮蔽板１３に同一形状の投光窓１４を複数設け、これら複数の投光窓１４のそれぞれを介して投光された検出光を１つの撮像ユニット２０にて受光するようにしてもよい。

一方、撮像ユニット２０は、図示のように、２次元センサ２１、画像メモリ２２、画像処理部２３、及び、判定部２４を筐体２５の内部に収容して構成されている。このうち、２次元センサ２１は、監視範囲を撮像するもので、特許請求の範囲における撮像手段に対応する。この２次元センサ２１は、具体的には、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）素子を２次元的に配列したエリアセンサとして構成されている。ただし、撮像手段としては２次元画像を実質的に撮像可能なものであればよく、例えば、検出光を１次元センサ（ラインセンサ、リニアセンサ）にて走査して撮像してもよい。

画像メモリ２２は、２次元センサ２１にて撮像された画像を記憶する画像記憶手段であり、例えば、画像を揮発的に記憶するフレームメモリ（フレームバッファ）として構成される。

画像処理部２３は、２次元センサ２１にて撮像され画像メモリ２２にて記憶された画像を処理する画像処理手段である。この画像処理部２３は、例えば、画像処理ＩＣ（Integrated Circuit）と、この画像処理ＩＣ上にて動作する画像処理プログラムとから構成されている。この画像処理部２３による処理内容の詳細については後述するが、画像処理部２３は、機能概念的に、前処理部２３ａ、探索処理部２３ｂ、及び、輝度算定部２３ｃを備えて構成されている。前処理部２３ａは、画像に対するノイズ除去等の前処理を行なう前処理手段である。探索処理部２３ｂは、画像の中から、検出光の発光面を探索するもので、特許請求の範囲における発光面探索手段に対応する。輝度算定部２３ｃは、探索された発光面の輝度を判定するもので、特許請求の範囲における輝度算定手段に対応する。

判定部２４は、画像処理部２３にて算定された発光面の輝度を、所定の閾値と比較することにより、監視範囲における煙の発生の有無を判定するもので、特許請求の範囲における判定手段に対応する。この判定部２４は、例えば、ＩＣと、このＩＣ上にて動作する判定処理プログラムとから構成されている。この判定処理プログラムには、パラメータとして各種の閾値が設定されており、例えば、画像処理部２３にて算定された発光面の輝度が所定閾値より低下した場合には、煙が発生（火災が発生）したものと判定し、火災発生の旨を示す火報信号を出力する。また、判定部２４は、画像処理部２３から後述する探索不能信号を受けた場合にも、煙が発生（火災が発生）したものと判定して火報信号を出力する。

（煙感知器１による煙感知処理）
次に、このように構成された煙感知器１による煙感知処理について説明する。図２は、煙感知処理のメイン処理のフローチャートである。まず発光ユニット１０は、光源１２を連続的に点灯又は簡潔的に点滅させており、遮光板１３の投光窓１４を介して検出光を投光する。一方、撮像ユニット２０の２次元センサ２１は、所定間隔で監視範囲を撮像し、この結果として得られた画像を画像メモリ２２に出力して記憶させる。

次いで、画像処理部２３の前処理部２３ａは、画像メモリ２２から画像を取り込み、この画像に対して、外乱要因を除去するための前処理を行なう（ステップＳＡ−１）。この前処理としては、公知の任意の画像処理を適用できるが、例えば、画像の各画素データの加算平均、ノイズフィルタを用いたノイズ除去、あるいは、各画素データに対する適当な閾値を用いた２値化を行う。

次いで、画像処理部２３の探索処理部２３ｂは、前処理を行った画像（以下、入力画像）に対して、発光面を探索するための探索処理を行う（ステップＳＡ−２）。この探索処理は、概略的には、テンプレートマッチングによる発光面探索であり、所定の発光面の形状（ここでは投光窓１４の開口面の形状）をテンプレート画像とし、このテンプレート画像を入力画像の各領域（探索対象領域）内で動かして、テンプレート画像に合致する領域（ここでは、テンプレート画像に対する類似度が所定の閾値以上になる領域）を発光面として特定する。すなわち、概念的には、図３（ａ）に示す入力画像の各座標を原点として設定し（以下、このように設定される座標を原点座標と称する）、この原点座標を基準として、探索を行う領域を特定する。この領域は、図３（ｂ）に示すテンプレート画像の大きさ（幅及び高さ）に対応する領域として決定される（以下、このように決定される一定領域を比較対象領域と称する）。そして、この比較対象領域に含まれる全ての画素データ（以下、比較対象画素データと称する）と、テンプレート画像に含まれる所定の画素データのうち各比較対象画素データに対応する位置の画素データ（以下、テンプレート画素データと称する）とを相互に比較し、この比較結果に応じて、テンプレート画像に対する入力画像の類似度を算定する。このような処理を、原点座標を探索対象領域において順次移動させて行なうことで、探索対象領域の全範囲に渡って行う。

この探索処理部２３ｂによる探索処理についてより具体的に説明する。図４は、探索処理のフローチャートである。まず、ループ１の処理（ステップＳＢ−１〜ＳＢ−８）として、探索対象領域の中から原点座標（ｘ，ｙ）を決定してこれを順次移動させる（ステップＳＢ−１）。すなわち、原点座標を、初回ループ時には初期値（０，０）に設定し、これをループを繰り返す毎に探索対象領域内において順次移動させ、最終的には、探索対象領域の幅（ImageWidht）及び高さ（ImageHeight）からテンプレート画像の幅（TemplateWidht）及び高さ（TemplateHeight）を差し引いた座標（ImageWidht-TemplateWidht，ImageHeight-TemplateHeight）とすることで、探索対象領域の全範囲を走査する（ステップＳＢ−１〜ＳＢ−８）。

このループ１の内部においては、まず類似度を示すパラメータ（Score）を初期値０にて初期化した後（ステップＳＢ−２）、ループ２の処理（ステップＳＢ−３〜ＳＢ−６）により、比較対象領域に含まれる比較対象画素データとテンプレート画素データとを相互に比較する。そして、両者の差が、所定の閾値（画素類似閾値）以内である場合には（ＳＢ−４、Ｙｅｓ）、類似度を１つ増分し（ＳＢ−５）、画素類似閾値以内でない場合には（ＳＢ−４、Ｎｏ）、類似度を増分することなく、次のループに移行して（ステップＳＢ−６からＳＢ−３に移行して）、次の比較対象画素データとテンプレート画素データとの比較を実行する。このループ２の処理では、比較対象画素データの座標（ｔｘ，ｔｙ）を、初回ループ時には初期値（０，０）に設定し、これをループを繰り返す毎に比較対象領域内において順次移動させ、最終的には、テンプレート画像の幅（TemplateWidht）及び高さ（TemplateHeight）に対応する座標（TemplateWidht，TemplateHeight）とすることで、比較対象領域の全範囲において比較する（ステップＳＢ−３〜ＳＢ−６）。

このループ２の処理を終える毎に、ループ２で増分された類似度と所定の閾値（画像類似閾値）とを相互に比較し（ステップＳＢ−７）、類似度が画像類似閾値を上回っていた場合には（ステップＳＢ−７、Ｙｅｓ）、この時の比較対象領域を発光面であると特定し、この発光面の原点座標を判定部２４に出力する（ステップＳＢ−９）。一方、探索対象領域の全範囲を探索しても、類似度が画像類似閾値を上回るような比較対象領域がない場合には、探索不能の旨を判定部２４に出力する（ステップＳＢ−１０）。これにて探索処理が終了する。

次いで、図２に戻り、探索処理において発光面が探索できなかった場合（探索不能の旨が出力された場合）には（ステップＳＡ−３、Ｎｏ）、煙が発生しているために発光面の輝度が低下して当該発光面を探索できなかったものと考えられるので、発光面の輝度算定を行なうことなく、発報出力を行う（ステップＳＡ−６）。一方、探索処理において発光面が探索できた場合（発光面の原点座標が出力された場合）には（ステップＳＡ−３、Ｙｅｓ）、探索された発光面に対する輝度算定を行なう（ステップＳＡ−４）。

図５は、輝度算定処理のフローチャートである。まず、判定部２４は、発光面の輝度の積算値を示すパラメータ（Value）を初期値０にて初期化した後（ステップＳＣ−１）、ループ３の処理を行なうことで、探索処理において発光面として特定された領域の各画素データの輝度を積算する（ステップＳＣ−２〜ＳＣ−４）。具体的には、画素データの座標を、初回ループ時には初期値（探索処理で特定された発光面の原点座標）に設定し、これをループを繰り返す毎に発光面内において順次移動させ、最終的には、テンプレート画像の幅（TemplateWidth）及び高さ（TemplateHeight）に対応する座標（TemplateWidth，TemplateHeight）とすることで、発光面内の全範囲における画素データを対象とする。そして、このように対象とする画素データを移動する毎に、各画素データの輝度を積算する（ステップＳＣ−３）。これにて輝度算定処理が終了する。なお、発光面の輝度の算定については、各画素データの輝度を積算する場合の他に、発光面内の全範囲における画素データの総計または平均値をとって、輝度を算出する方法でも良い。

その後、再び図２のメイン処理に戻り、判定部２４は、輝度算定処理にて積算された輝度を、所定の発光面輝度の初期値から減算することにより、この輝度の低下分を算定し、この低下分を所定の煙判定閾値と比較する（ステップＳＡ−５）。そして、輝度の低下分が所定の煙判定閾値以上でない場合には（ステップＳＡ−５、Ｎｏ）、煙が発生していないと考えられるので、ステップＳＡ−１に戻って監視を継続する。一方、輝度の低下分が所定の煙判定閾値以上である場合には（ステップＳＡ−５、Ｙｅｓ）、煙が発生したために発光面の輝度が一定量以上低下したと考えられるので、発報出力を行う（ステップＳＡ−６）。これにてメイン処理を終了する。

また、このように発光面の輝度を求めて煙の有無を判定する方法以外にも、発光面の形状に基づいてより直接的に判定を行なう方法をとることもできる。この変形例のフローチャートを図６に示す。ここでは、ステップＳＡ−３まで上述と同じ処理を行ない、発光面を探索する。次いで、判定部２４は、探索された発光面の形状を、予め記憶された所定の複数の形状と比較することにより、この複数の形状のうち、発光面が最も類似する形状を特定する（ステップＳＡ−４’）。この複数の形状は、図７に例示するように、煙がない場合の発光面の形状（基準形状）と、煙が発生して徐々にその濃度を増した場合における発光面の形状（比較形状１〜３）とを含むものである。ここでは、煙濃度が増加することに伴って、発光面の形状が、星型状から徐々に丸みを帯びた形状になることを想定している。これら複数の形状は、煙が所定濃度以下である通常時の形状と、煙が所定濃度を超えている火災時の形状とに区分されている。このような具体的形状やその区分については、実験等を行なうことで予め決定することができる。

そして、図６において、判定部２４は、発光面が最も類似する形状が、通常時の形状に区分されている場合（すなわち、類似する形状が、基準形状又は比較形状１である場合）には（ステップＳＡ−５’、Ｎｏ）、煙が発生していないと考えられるので、ステップＳＡ−１に戻って監視を継続する。一方、発光面が最も類似する形状が、火災時の形状に区分されている場合（すなわち、類似する形状が、比較形状２又は比較形状３である場合）には（ステップＳＡ−５’、Ｙｅｓ）、煙が発生したために発光面の形状が一定量以上変化したと考えられるので、発報出力を行う（ステップＳＡ−６）。これにてメイン処理を終了する。

(実施の形態１の効果）
このように本実施の形態１によれば、煙自体を撮影するのではなく、発光面を撮影しているので、煙が拡散されて薄く広がった場合であっても、この煙の濃度の影響を直接的に受けることがないので、煙を確実に検出することができる。また、煙自体の多階調画素信号の低下を監視するのではなく、あくまで発光面の輝度を監視しているので、煙の色と背景の色との関係に影響されることなく、安定的で確実な煙検出を行うことができる。あるいは、発光面の形状に基づいて煙の有無を判定できるので、発光面の輝度を算定することなく煙判定を行なうことができ、判定処理を一層簡易で高速に行なうことができる。また、発光面を自動的に探索するので、経年変化による柱や壁の歪等によって二次元センサと発光面との相対位置が変化した場合であっても、この発光面の位置を自動的に特定してその輝度変化を算定でき、長期間に渡って安定的で確実な煙検出を行うことができる。また、上記具体的に示した発光面探索と輝度算定とを組み合わせることで、正確な煙検出を行うことができる。さらに、発光面を探索した後、当該探索した発光面自体の輝度に基づいて煙判定を行なっているので、光源としては発光面を形成するものを最低１つ設けておけばよく、発光面探索後の煙判定のためにさらに他の光源を用いるような必要がない。また、遮蔽板を発光ユニットに設けているので、撮像ユニットの光学系については従来の分離型煙感知器と同じものを利用できるので、煙感知器の構造が容易である。

〔実施の形態２〕
次に、本発明に係る実施の形態２の具体的内容について詳細に説明する。この実施の形態２は、実施の形態１とは異なり、発光部及び受光部を一体に備えた発光受光ユニットと反射板とを対向配置して構成される反射型の煙感知器に関する形態である。ただし、特に説明なき構成は実施の形態１と同様であるものとし、実施の形態１と同様の構成要素には、必要に応じて、実施の形態１で使用したものと同一の符号を付する。

図８は、実施の形態２に係る煙感知器の構成を概念的に示す図である。この図８に示すように、煙感知器２は、発光撮像ユニット３０と反射板４０とを備えて構成されている。これら発光撮像ユニット３０と反射板４０とは、数十ｍ〜数百ｍ程度の距離を隔てて、監視範囲を挟んで相互に対向するように配置される。

このうち、発光撮像ユニット３０は、実質的には、実施の形態１の発光ユニット１０と撮像ユニット２０とを一体化した構成であり、光源１２、２次元センサ２１、画像メモリ２２、画像処理部２３、及び、判定部２４を、筐体２５の内部に収容して構成されている。ここで、筐体２５の各側面のうちの反射板４０との対向面には遮光板１３が設けられており、この遮光板１３には所定形状の投光窓１４が形成されており、この投光窓１４が発光面として機能する。

一方、反射板４０は、発光撮像ユニット３０の光源１２から投光され投光窓１４を通過した光を、発光撮像ユニット３０に向けて反射する反射手段である。この反射板４０としては、反射式煙感知器における公知の反射板を用いることができ、例えば、入射光を高効率で入射方向と同一方向に反射する再帰形反射板（リフレックスリフレクタ）にて構成される。特に、反射板４０は、少なくとも発光面の略全領域を反射できるような高さ及び幅にて形成される。

このような構成において、実施の形態１と同様に、煙の検出処理が行われる。すなわち、発光撮像ユニット３０の光源１２から投光され投光窓１４を通過した光が、反射板４０にて反射され、発光撮像ユニット３０の２次元センサ２１にて撮像される。画像処理部２３はこの画像データを用いて発光面を探索し、判定部２４はこの発光面の輝度に基づいて煙の有無を判定する。ここで、画像処理部２３の探索処理２３ｂ部は、実施の形態１のように発光面を直接探索するのではく、反射板４０によって反射された発光面（反射面）を探索する。ただし、この反射面の探索は、実施の形態１の探索処理と同様に行うことができるので、その説明は省略する。

(実施の形態２の効果）
このように本実施の形態２によれば、反射型の煙検出器においても、実施の形態１と略同様の効果を得ることができ、煙が拡散されて薄く広がった場合や、煙の色と背景の色との関係が好条件でない場合、あるいは、経年変化による柱や壁の歪等がある場合においても、正確な煙検出を行うことができる。また、反射板については従来の反射型煙感知器と同じものを利用できるので、煙感知器の製造や設置が容易である。

〔実施の形態３〕
次に、本発明に係る実施の形態３の具体的内容について詳細に説明する。この実施の形態３は、実施の形態２とは異なる反射板を設けた形態である。ただし、特に説明なき構成は実施の形態２と同様であるものとし、実施の形態２と同様の構成要素には、必要に応じて、実施の形態２で使用したものと同一の符号を付する。

図９は、実施の形態３に係る煙感知器の構成を概念的に示す図である。この図９に示すように、煙感知器３は、発光撮像ユニット５０と反射板６０とを備えて構成されている。ここで、発光撮像ユニット５０は、基本的には実施の形態２の光撮像ユニット３０と同様に構成されているが、その筐体２５には遮光板が設けられておらず、光源１２から発せられた光は、遮光板にて遮光されることなくそのまま反射板６０に向けて投光される。

一方、反射板６０は、所定形状（実施の形態１の投光窓１４の外形に対応する形状）にて形成されており、この所定形状の領域に入射した光のみが反射されて、２次元センサ２１にて撮像される。なお、このように反射板６０を所定形状とする以外にも、図１０に示すように、基板６０ａに反射層６０ｂと非反射層（光吸収層）６０ｃとを設けることによって反射板６０を構成し、反射層６０ｂのみを実施の形態１の投光窓１４と同様の所定形状に形成してもよい。この場合においても、発光撮像ユニット５０から投光された光のうち、所定形状の領域の光のみが、反射層６０ｂにて反射されて２次元センサ２１にて撮像される。

このような構成において、実施の形態２と同様に、煙の検出処理が行われる。すなわち、発光撮像ユニット５０の光源１２から投光された光のうち、所定形状の領域の光のみが反射板６０にて反射され、発光撮像ユニット５０の２次元センサ２１にて撮像される。画像処理部２３はこの画像データを用いて発光面を探索し、判定部２４はこの発光面の輝度に基づいて煙の有無を判定する。ここで、画像処理部２３の探索処理部２３ｂは、実施の形態２と同様に、反射板によって反射された発光面（反射面）を探索する。この反射面の探索は、実施の形態１の探索処理と同様に行うことができるので、その説明は省略する。

(実施の形態３の効果）
このように本実施の形態３によれば、発光撮像ユニット５０の光学系を従来の反射型煙感知器と同様の構成としつつ、反射板６０のみを特殊なものに置換することで、実施の形態２と略同様の効果を得ることができるので、煙感知器の製造や設置が容易である。

〔実施の形態４〕
次に、本発明に係る実施の形態４の具体的内容について詳細に説明する。この実施の形態４は、実施の形態１に対して、投光と受光との同期を取る手段を追加した形態である。ただし、特に説明なき構成は実施の形態１と同様であるものとし、実施の形態１と同様の構成要素には、必要に応じて、実施の形態１で使用したものと同一の符号を付する。

図１１は、実施の形態４に係る煙感知器の構成を概念的に示す図である。この図１１に示すように、煙感知器４は、発光ユニット１０と撮像ユニット７０とを備えて構成されている。ここで、撮像ユニット７０は、実施の形態１の撮像ユニット２０と同じ構成に加えて、タイミング部７１を備える。このタイミング部７１は、投光と受光との同期を取るためのもので、特許請求の範囲における同期制御手段に対応する。このタイミング部７１は、所定間隔で、発光ユニット１０を駆動して発光を行なわせると共に、２次元センサ２１を駆動して撮像を行わせる。この時、同期信号の出力と２次元センサ２１の駆動は、同時に行われるか、あるいは、検出光が２次元センサ２１に到達して実際に画像が取得されるまでの時間を考慮して、若干遅延時間を設けて行なわれる。なお、同期信号の送信形態は任意であり、例えば、有線送信の他、遠隔に配置された発光ユニットに対して無線送信を行うようにしてもよい。

(実施の形態４の効果）
このように本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果に加えて、さらに、発光や撮像を連続的に行う必要がなくなるので、消費電力を低減できる。また、投光と受光との同期を確実に取ることで、発光面が確実に存在し得る画像のみを解析すればよくので、煙判定の精度を一層高めることができると共に、発光面がない場合には煙が存在すると判定する際の誤報の可能性を低減できる。

〔実施の形態５〕
次に、本発明に係る実施の形態５の具体的内容について詳細に説明する。この実施の形態５は、実施の形態３に対して、投光と受光との同期を取る手段を追加した形態である。ただし、特に説明なき構成は実施の形態３と同様であるものとし、実施の形態３と同様の構成要素には、必要に応じて、実施の形態３で使用したものと同一の符号を付する。

図１２は、実施の形態５に係る煙感知器の構成を概念的に示す図である。この図１２に示すように、煙感知器５は、発光撮像ユニット８０と反射板６０とを備えて構成されている。ここで、発光撮像ユニット８０は、実施の形態３の発光撮像ユニット５０と同じ構成に加えて、タイミング部８１を備える。このタイミング部８１は、投光と受光との同期を取るためのもので、特許請求の範囲における同期手段に対応する。このタイミング部８１は、所定間隔で、光源１２を駆動して発光を行なわせると共に、２次元センサ２１を駆動して撮像を行わせる。この時、同期信号の出力と２次元センサ２１の駆動は、同時に行われるか、あるいは、検出光が２次元センサ２１に到達して実際に画像が取得されるまでの時間を考慮して、若干遅延時間を設けて行なわれる。

(実施の形態５の効果）
このように本実施の形態５によれば、実施の形態３と同様の効果に加えて、さらに、発光や撮像を連続的に行う必要がなくなるので、消費電力を低減できる。また、投光と受光との同期を確実に取ることで、発光面が確実に存在し得る画像のみを解析すればよいので、煙判定の精度を一層高めることができると共に、発光面がない場合には煙が存在すると判定する際の誤報の可能性を低減できる。

〔実施の形態６〕
次に、本発明に係る実施の形態６の具体的内容について詳細に説明する。この実施の形態６は、実施の形態１の煙感知器を複数組並設して構成された煙感知システムに関する形態である。ただし、特に説明なき構成は実施の形態１と同様であるものとし、実施の形態１と同様の構成要素には、必要に応じて、実施の形態１で使用したものと同一の符号を付する。

図１３は、実施の形態６に係る煙感知システムの構成を概念的に示す図である。この図１３に示すように、煙感知システム６は、１つの監視範囲に対して２つの煙感知器６Ａ、６Ｂを並設して構成されている。各煙感知器６Ａ、６Ｂは、発光ユニット１０と撮像ユニット２０とを備えて構成されている。ここで、煙感知器６Ａの発光ユニット１０の投光窓１４Ａと、煙感知器６Ｂの発光ユニット１０の投光窓１４Ｂとは、相互に異なる所定形状とされている。そして、煙感知器６Ａの探索処理部２３ｂは、投光窓１４Ａに合致する形状の領域のみを発光面として探索し、煙感知器６Ｂの探索処理部２３ｂは、投光窓１４Ｂに合致する形状の領域のみを発光面として探索する。

(実施の形態６の効果）
このように本実施の形態６によれば、実施の形態１と同様の効果に加えて、煙感知器６Ａの検出光が柱や壁等の構造物によって反射等されて他の煙感知器６Ｂの２次元センサ２１に入射して撮像された場合においても、発光面の形状の違いに基づいて自己の発光面を特定できるので、外乱光の影響を自動的に排除でき、煙検出の確実性を維持することができる。

〔実施の形態７〕
次に、本発明に係る実施の形態７の具体的内容について詳細に説明する。この実施の形態７は、実施の形態１の煙感知器のうち発光ユニットを複数組並設して構成された煙感知システムに関する形態である。ただし、特に説明なき構成は実施の形態６と同様であるものとし、実施の形態６と同様の構成要素には、必要に応じて、実施の形態６で使用したものと同一の符号を付する。

図１４は、実施の形態７に係る煙感知システムの構成を概念的に示す図である。この図１４に示すように、煙感知システム７は、１つの撮像ユニット２０の２次元センサ２１の視野内に発光ユニット１０Ａと１０Ｂを備えて構成されている。ここで、発光ユニット１０Ａの投光窓１４Ａと、発光ユニット１０Ｂの投光窓１４Ｂとは、相互に異なる所定形状とされている。そして、撮像ユニット２０の探索処理部２３ｂは、投光窓１４Ａに合致する形状と投光窓１４Ｂに合致する形状を交互に発光面として探索する。

(実施の形態７の効果）
このように本実施の形態７によれば、実施の形態６と同様の効果に加えて、監視範囲内の火災判定領域を２つ持つことができる。また、１台の撮像ユニット２０で、より広範囲の監視領域を持つことができる。あるいは、２つの発光ユニット１０Ａ、１０Ｂの煙検出結果をあわせて判断することで煙検出の確実性を向上することができる。

〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。例えば、煙の拡散状態や背景色との関係の影響を完全に排除できない場合においても、発光手段の位置ずれの影響を低減できている限りにおいて、本発明の課題が解決されている。

（各実施の形態の組合せ）
各実施の形態に示した構成は、相互に組合せることができ、例えば、実施の形態６においては、実施の形態１の煙感知器を複数組並設した形態を説明したが、実施の形態２や実施の形態３の煙感知器を複数組並設してもよい。この場合には、発光撮像ユニットの遮光板や反射板の所定形状を、各煙感知器において相互に異なるものとすればよい。あるいは、実施の形態１の煙感知器と実施の形態２の煙感知器とを並設してもよい。

この発明は、監視範囲の煙の発生を検出する感知器に適用でき、その検出の精度や信頼性を向上させることに有用である。

本発明の実施の形態１に係る煙感知器の構成を概念的に示す図である。 煙感知処理のメイン処理のフローチャートである。 画像を例示する図であり、（ａ）は入力画像、（ｂ）はテンプレート画像を示す。 探索処理のフローチャートである。 輝度算定処理のフローチャートである。 他の実施例における煙感知処理のメイン処理のフローチャートである。 発光面と比較される形状を例示する図である。 実施の形態２に係る煙感知器の構成を概念的に示す図である。 実施の形態３に係る煙感知器の構成を概念的に示す図である。 反射板の他の構成例を示す図である。 実施の形態４に係る煙感知器の構成を概念的に示す図である。 実施の形態５に係る煙感知器の構成を概念的に示す図である。 実施の形態６に係る煙感知システムの構成を概念的に示す図である。 実施の形態７に係る煙感知システムの構成を概念的に示す図である。

符号の説明

１、２、３、４、５、６Ａ、６Ｂ 煙感知器
６、７ 煙感知システム
１０ 発光ユニット
１１ 筐体
１２ 光源
１３ 遮光板
１４、１４Ａ、１４Ｂ 投光窓
２０、７０、８０ 撮像ユニット
２１ ２次元センサ
２２ 画像メモリ
２３ 画像処理部
２３ａ 前処理部
２３ｂ 探索処理部
２３ｃ 輝度算定部
２４ 判定部
２５ 筐体
３０、５０ 発光撮像ユニット
４０、６０ 反射板
６０ａ 基板
６０ｂ 反射層
６０ｃ 非反射層
７１、８１ タイミング作成部

Claims (10)

1. 監視範囲に対して所定の発光手段から投光された検出光の減光率に基づいて煙を感知する減光式煙感知器であって、
   前記監視範囲を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段にて撮像された画像の中から、前記発光手段による前記検出光の発光面又は当該発光面の反射面を探索する発光面探索手段と、
   前記発光面探索手段にて探索された前記発光面に基づいて、前記監視範囲における煙の発生の有無を判定する判定手段と、
   を備えたことを特徴とする減光式煙感知器。
2. 前記発光面探索手段にて探索された前記発光面の輝度を算定する輝度算定手段を備え、
   前記判定手段は、前記輝度算定手段にて算定された前記発光面の輝度又は当該輝度の変化分を所定の閾値と比較することにより、前記監視範囲における煙の発生の有無を判定すること、
   を特徴とする請求項１に記載の減光式煙感知器。
3. 前記判定手段は、前記発光面探索手段にて探索された前記発光面の形状を、所定形状と比較することにより、前記監視範囲における煙の発生の有無を判定すること、
   を特徴とする請求項１に記載の減光式煙感知器。
4. 前記発光面探索手段は、前記撮像手段にて撮像された画像の中から、所定形状と同一又は類似の領域を特定することにより、前記発光面又は前記反射面を探索すること、
   を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の減光式煙感知器。
5. 前記撮像手段に対して前記監視範囲を隔てて配置された前記発光手段を備え、
   前記発光手段には、前記所定形状の光が投光されるように、当該発光手段から発光される光を遮蔽する遮蔽手段を設けたこと、
   を特徴とする請求項４に記載の減光式煙感知器。
6. 前記発光手段と前記撮像手段とを筐体の内部に一体に収容すると共に、この筐体に対して前記監視範囲を隔てて配置された反射手段を備え、
   前記筐体には、前記反射手段に対して所定形状の光が投光されるように、前記発光手段から発光される光を遮蔽する遮蔽手段を設けたこと、
   を特徴とする請求項４に記載の減光式煙感知器。
7. 前記発光手段と前記撮像手段とを筐体の内部に一体に収容すると共に、この筐体に対して前記監視範囲を隔てて配置された反射手段を備え、
   前記反射手段を、前記所定形状の光のみを反射可能としたこと、
   を特徴とする請求項４に記載の減光式煙感知器。
8. 前記判定手段は、前記発光面探索手段にて前記発光面又は前記反射面の探索ができなかった場合、前記監視範囲にて煙が発生したものと判定すること、
   を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の減光式煙感知器。
9. 前記発光手段による前記検出光の発光と、前記撮像手段による前記監視範囲の撮像との、相互の同期を取るための同期手段を備えたこと、
   を特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の減光式煙感知器。
10. 監視範囲に対して所定の発光手段から投光された検出光の減光率に基づいて煙を感知する減光式煙感知器を複数並設して構成された減光式煙感知システムであって、
    前記減光式煙感知器は、
    前記監視範囲を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段にて撮像された画像の中から、前記所定形状と同一又は類似の領域を特定することにより、前記発光手段による前記検出光の発光面又は当該発光面の反射面を探索する発光面探索手段と、
    前記発光面探索手段にて探索された前記発光面に基づいて、前記監視範囲における煙の発生の有無を判定する判定手段と、を備えて構成され、
    前記複数の減光式煙感知器の各々の前記発光面探索手段は、相互に異なる形状と同一又は類似の領域を特定することにより、前記発光面又は当該発光面の反射面を探索すること、
    を特徴とする減光式煙感知システム。

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