JP2011126988A - コークス炉壁観察方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カメラ30をコークス炉10内に挿入し、カメラ位置と対応付けながら、炉壁11を斜視像として順次撮影し、炉壁11の斜視像を視点変換処理して、炉壁11を正面から見た視点変換画像TIを生成し、視点変換画像TIを、対応するカメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像WIを合成し、炉壁全体画像WIの合成に際し、視点変換画像TIの手前側視野限界neと上側視野限界ueと下側視野限界deとから所定の幅を持った領域の画像を用いる。視点変換画像TI内の高解像度領域を優先的に採用しながら、高さ方向の視野が広い炉壁全体画像WIを合成することができる。
【選択図】図1
Description
しかるに、特許文献1の方法では、図10(A)に示すようにカメラの向きを炉壁に対して正面としているため、幅が数十センチメートルのコークス炉の場合、カメラと炉壁との距離が短く、カメラで撮影できる視野が限られ、炉壁全体について迅速に観察することは困難であった。
また、カメラで撮影した映像は録画されるが、その録画された映像を観察する場合、映像をはじめから再生する必要があるため、確認作業に時間のかかるものであり、一見して炉壁全体の状況を把握できるものではなかった。
図10(B)に示すように、カメラの向きを炉壁に対して斜めとすることにより、撮影できる視野を広くすることができ、炉壁全体について迅速に観察することが可能となる。また、合成された炉壁全体画像により一見して炉壁全体の状況を把握することが可能となる。
第2発明のコークス炉壁観察方法は、カメラをコークス炉内に挿入し、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として順次撮影し、前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た画像であって、カメラの上下の視野角の範囲外である視野範囲外領域が含まれた視点変換画像を生成し、前記視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する方法であって、前記炉壁全体画像の合成に際し、隣り合う前記視点変換画像を、前記視点変換画像の手前側視野限界が前面に来るように、かつ、前記視点変換画像の視野範囲外領域を透明色として重ね合わせることを特徴とする。
第3発明のコークス炉壁観察方法は、第1または第2発明において、前記視点変換画像の生成に際し、前記視点変換画像のカメラの奥側の視野限界である奥側視野限界から所定の幅を持った領域の視点変換処理を行わないことを特徴とする。
第4発明のコークス炉壁観察方法は、第1、第2または第3発明において、前記視点変換画像の生成に際し、前記視点変換画像の手前側視野限界から所定の幅を持った領域の視点変換処理を行わないことを特徴とする。
第5発明のコークス炉壁観察装置は、コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として順次撮影するカメラと、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラ位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えたコークス炉壁観察装置であって、前記画像処理手段は、前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た画像であって、カメラの手前側の視野限界である手前側視野限界より奥側の領域であり、かつ、カメラの上側および下側の視野限界である上側視野限界および下側視野限界内の視点変換画像を生成し、前記視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成し、前記炉壁全体画像の合成に際し、前記視点変換画像の手前側視野限界と上側視野限界と下側視野限界とから所定の幅を持った領域の画像を用いることを特徴とする。
第6発明のコークス炉壁観察装置は、コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として順次撮影するカメラと、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラ位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えたコークス炉壁観察装置であって、前記画像処理手段は、前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た画像であって、カメラの上下の視野角の範囲外である視野範囲外領域が含まれた視点変換画像を生成し、前記視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成し、前記炉壁全体画像の合成に際し、隣り合う前記視点変換画像を、前記視点変換画像の手前側視野限界が前面に来るように、かつ、前記視点変換画像の視野範囲外領域を透明色として重ね合わせることを特徴とする。
第7発明のコークス炉壁観察装置は、第5または第6発明において、前記画像処理手段は、前記視点変換画像の生成に際し、前記視点変換画像のカメラの奥側の視野限界である奥側視野限界から所定の幅を持った領域の視点変換処理を行わないことを特徴とする。
第8発明のコークス炉壁観察装置は、第5、第6または第7発明において、前記画像処理手段は、前記視点変換画像の生成に際し、前記視点変換画像の手前側視野限界から所定の幅を持った領域の視点変換処理を行わないことを特徴とする。
第2発明によれば、炉壁全体画像の合成に際し、手前側視野限界が前面に来るように、かつ、前記視点変換画像の視野範囲外領域を透明色として重ね合わせることにより、視点変換画像の手前側視野限界と上側視野限界と下側視野限界とから所定の幅を持った領域の画像を用いることができるので、視点変換画像内の高解像度領域を優先的に採用しながら、高さ方向の視野が広い炉壁全体画像を合成することができる。
第3発明によれば、視点変換画像の生成に際し、視点変換処理を一部省略することができるので、視点変換処理を高速化でき、視点変換画像が滑らかに移り変わるように表示することができる。また、生成される視点変換画像のサイズが小さくなるので、視点変換画像を記憶する領域の消費も抑制することができる。
第4発明によれば、視点変換画像の生成に際し、広角レンズの外周に相当する領域の視点変換処理を行わないので、広角レンズにより生じる視点変換画像の暗部と歪曲を取り除くことができ、炉壁全体画像を合成する際に生じる視点変換画像のつなぎ目の不連続さを低減することができる。
第5発明によれば、画像処理手段における炉壁全体画像の合成に際し、視点変換画像の手前側視野限界と上側視野限界と下側視野限界とから所定の幅を持った領域の画像を用いるので、視点変換画像内の高解像度領域を優先的に採用しながら、高さ方向の視野が広い炉壁全体画像を合成することができる。
第6発明によれば、画像処理手段における炉壁全体画像の合成に際し、手前側視野限界が前面に来るように、かつ、前記視点変換画像の視野範囲外領域を透明色として重ね合わせることにより、視点変換画像の手前側視野限界と上側視野限界と下側視野限界とから所定の幅を持った領域の画像を用いることができるので、視点変換画像内の高解像度領域を優先的に採用しながら、高さ方向の視野が広い炉壁全体画像を合成することができる。
第7発明によれば、画像処理手段における視点変換画像の生成に際し、視点変換処理を一部省略することができるので、視点変換処理を高速化でき、視点変換画像が滑らかに移り変わるように表示することができる。また、生成される視点変換画像のサイズが小さくなるので、視点変換画像を記憶する領域の消費も抑制することができる。
第8発明によれば、画像処理手段における視点変換画像の生成に際し、広角レンズの外周に相当する領域の視点変換処理を行わないので、広角レンズにより生じる視点変換画像の暗部と歪曲を取り除くことができ、炉壁全体画像を合成する際に生じる視点変換画像のつなぎ目の不連続さを低減することができる。
図1に示すように、コークス炉10は高さ数メートル、奥行き十数メートルの対となるレンガ造りの炉壁11が数十センチメートルの間隔を隔てて設けられた、狭窄な炉である。コークス炉10内で製造されたコークスCは、コークス炉10の片側の炉入口12から押出機20が挿入されることにより反対側の炉出口13へと押し出される。
押出機20は、押板21とビーム22とからなり、ビーム22が図示しない駆動装置に接続されており、この駆動装置の動作により押板21がコークス炉10の炉入口12から炉出口13まで移動自在となっている。押板21がコークス炉10の断面と同形状をしているため、押板21の移動によりコークスCを押し出すことができる。
コンピュータ50は主に、CPU51、メモリ52、ハードディスク53、モニタ54からなり、炉壁画像とカメラ位置情報から後述する画像処理を行い、その結果をモニタ54に表示する。
炉壁観察は大きく分けて、(1)炉壁画像から視点変換画像を生成し、その視点変換画像を押出機移動中に観察する即時観察、(2)視点変換画像から炉壁全体画像を合成、保存し、その炉壁全体画像を押出機の運用とは別の時期に観察する後日観察の2種類を行う。
即時観察は、押出機20の運転者などが、コークス押出のための押出機の通常運用を行う際に同時に行う観察である。
この際に得られる炉壁画像OIは、図2に示すように、カメラ30はコークスCの押出方向と逆方向を向くように取り付けられているため、炉壁画像OIの中央には炉入口12が映し出される。また、カメラ30には広角レンズが取り付けられているため左右の炉壁11が、炉壁画像OIの左右に映し出される。なお図中、14はコークス炉の天井、15はコークス炉の底である。実際には、押出機20のビーム22も映し出されるが、説明のため省略してある。
そこで、CPU51によりメモリ52に記憶された炉壁画像OIを視点変換処理して、炉壁11を正面から見た視点変換画像TIを生成する。
一般に、画像処理により画像を変換して新たな画像を生成する場合、変換後の画像の各画素が変換前の画像のどの画素を参照すればよいかが分かればよい。すなわち、本実施形態の場合、視点変換画像TIの各画素が炉壁画像OIのどの画素を参照すればよいかが分かればよい。そのためには、図3に示すように、視点変換画像TI上の座標から炉壁画像OI上の座標を参照するための座標変換を導くことが必要である。
ここで、カメラ30がCCDカメラである場合、視点変換画像TI上の座標から炉壁画像OI上の座標への座標変換とは、炉壁11上のある点から出た光がカメラ30のCCD上のどこへ到達するか、という問題に置き換えることができる。つまり、カメラ30、その光学系および炉壁11の特性値および位置関係から座標変換を導くことができる。
以上の通りに定義した場合、最近接距離 D[pixel] は、炉壁画像OI上での画素スケールを k[mm/pixel]とすると次式で与えられる(図5(A)参照)。
このように、光学中心を通る光線のみで撮像系をモデル化する手法をピンホールカメラモデルによるモデル化という。
図5(A)より、x から u への変換は以下の通りに記述できる。
また、図5(B)より、y から v への変換は以下の通りに記述できる。
これら数2、数3が視点変換画像TI上の座標から炉壁画像OI上の座標への座標変換となる。
しかしながら、この座標変換に要する計算コストは非常に大きい。またカメラ30などのハードウエアや、カメラ30と炉壁11との距離が変化しない限り、座標変換のためのパラメータも変化しないため、視点変換画像TIを生成するたびに同じ計算を繰り返すことは無駄である。
そこで、視点変換画像TIの全画素について一度だけ座標変換の演算を行い、その結果を保存しておくことが好ましい。より具体的には、視点変換画像TIの各画素に対応する炉壁画像OI上の座標をテーブル(以下、座標変換テーブルとする。)として生成し、ハードディスク53に保存しておく。通常運用時の視点変換処理においてはこの座標変換テーブルを参照し、視点変換画像TIの各画素の色情報を炉壁画像OIの対応する画素の色情報とすることで、視点変換処理を高速に行うことができる。
なお説明のため、視点変換画像TIの中でカメラ30の手前側の画像を手前側画像NV、カメラ30から奥側の画像を奥側画像FV、カメラ30の手前側の視野限界を手前側視野限界ne、奥側の視野限界を奥側視野限界fe、上側の視野限界を上側視野限界ue、下側の視野限界を下側視野限界deと定義する。
後日観察は、視点変換画像TIから炉壁11全体の画像を合成し、それを炉壁全体画像WIとして保存しておき、押出機の運用とは別の時期にその炉壁全体画像WIを用いて行う観察である。炉壁全体画像WIは、一見して炉壁11全体の状況を把握することを容易にするために生成される。
CPU51は、このメモリ52に一時記憶された視点変換画像TIを、それに対応するカメラ位置情報をもとに適当な位置に配置し、つなぎ合せることで、炉壁全体画像WIを合成する。
そのため、視点変換画像TIをつなぎ合せて炉壁全体画像WI(図7参照)を合成するに際して、視点変換画像TIの配置手順により炉壁全体画像WIの画質が大きく異なる。
図7(A)に示すように、所定間隔のカメラ位置に対して視点変換画像TIが撮影順に(1)から(6)まで得られた場合に、これらの視点変換画像TIを配置する手順として、撮影順に後の視点変換画像TIが前面に来るように重ね合わせる手順が考えられる(配置手順1)。
本実施形態において、カメラ30はコークスCの押出方向と逆方向を向くように取り付けられているため、視点変換画像TI上で、手前側視野限界neが炉出口13側、奥側視野限界feが炉入口12側となる。すなわち、奥側視野限界feから手前側視野限界neに向かう方向が押出機20の移動方向であり、視点変換画像TIの配置位置は、撮影順に考えると、奥側視野限界feから手前側視野限界neに向かう方向に移り変わることになる。
そのため図7(B)に示すように、配置手順1の手順で重ね合わせた場合、視点変換画像TIの手前側画像NVは、撮影順が後の視点変換画像TIにより上書きされ見えなくなり、奥側画像FVが、炉壁全体画像WIの画像として採用されることになる。
この場合、奥側画像FVは解像度が低いため、炉壁全体画像WIの解像度が低くなってしまう。
これに対して、視点変換画像TIを、撮影順が前の視点変換画像TIが前面に来るように重ね合わせる手順が考えられる(配置手順2)。
図7(C)に示すように、配置手順2の手順で重ね合わせた場合、視点変換画像TIの奥側画像FVは、撮影順が前の視点変換画像TIにより上書きされて見えなくなり、手前側画像NVが、炉壁全体画像WIの画像として採用されることになる。
この場合、手前側画像NVは解像度が高いため、炉壁全体画像WIの解像度を高くすることができるが、高さ方向の視野が狭いため、炉壁全体画像WIの高さ方向の視野が狭くなってしまう。
以上の問題に対応する手順が配置手順3であり、配置手順3が本発明に係る手順である。配置手順3は、配置手順2と同様に、視点変換画像TIを、撮影順が前の視点変換画像TIが前面に来るように重ね合わせる手順であるが、重ね合わせる際、視野範囲外領域Oを透明色とし、背面に来る画像を上書きしないようにする手順である。
図7(D)および図8に示すように、配置手順3の手順で重ね合わせた場合、視点変換画像TIの手前側視野限界neと上側視野限界ueと下側視野限界deとから一定の幅を持った「く」の字型の領域が炉壁全体画像WIの画像として採用されることになる。
その結果、炉壁全体画像WIの上下中央は解像度が高い手前側画像NVを採用することができ、かつ、上下に離れていくと徐々に解像度が低くなるが、視野を広く保つことができる。上側視野限界ueもしくは下側視野限界deに近い画像は手前側視野限界neに近い画像に比べれば解像度が低くなるものの、同じ高さに相当する奥側画像FVに比べれば解像度が高いため、視点変換画像TI中の高解像度領域を優先的に採用しながら、高さ方向の視野が広い炉壁全体画像WIを合成することができることとなる。
その一方、視点変換画像TIを生成するための視点変換処理には、CPU51の演算時間を消費し、また、生成された視点変換画像TIを一時記憶するためのメモリ52領域も消費する。
そこで、炉壁画像OIから視点変換画像TIを生成するに際して、奥側視野限界feから所定の幅を持った領域の視点変換処理を行わず視点変換画像TIの領域として含めないようにしてもよい。
視点変換処理は前述の即時観察において行われるため、視点変換処理が高速化されることにより、即時観察においてモニタ54に表示される視点変換画像TIが滑らかに移り変わることができる。視点変換画像TIが滑らかに移り変わることと、メモリ52領域および炉壁全体画像WIにおける視点変換画像TIの重なり幅を考慮して、奥側切出位置flを設定すればよい。
そこで、炉壁画像OIから視点変換画像TIを生成するに際して、手前側視野限界neから所定の幅を持った領域の視点変換処理を行わず視点変換画像TIの領域として含めないようにしてもよい。
前述の実施形態おいて、カメラ30は押出機20の押板21の背面に取り付けられているが、これに代えて、カメラ挿入専用の装置に取り付ける実施形態としてもよい。この場合、カメラはコークスの押出方向と同じ方向を向くように取り付けてもよい。このとき、炉壁全体画像WI合成の配置手順は前述の配置手順3において、視点変換画像TIを、撮影順が後の視点変換画像TIが前面に来るように重ね合わせる手順とすればよい。
また、広角レンズを用いずに2台のカメラで左右の炉壁を斜視像として撮影する実施形態としてもよい。さらに必要であれば、カメラを高さ方向に複数台取り付け、高さ方向の撮影可能範囲を広くしてもよい。
また、前述の実施形態おいて、すべての視点変換画像TIを生成した後に炉壁全体画像WIを合成するとしたが、これに限られず、視点変換画像TIを生成しながら炉壁全体画像WIを合成する実施形態としてもよい。
TI 視点変換画像
WI 炉壁全体画像
V 視野
O 視野範囲外領域
10 コークス炉
11 炉壁
20 押出機
30 カメラ
40 エンコーダ
50 コンピュータ
Claims (8)
- カメラをコークス炉内に挿入し、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として順次撮影し、
前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た画像であって、カメラの手前側の視野限界である手前側視野限界より奥側の領域であり、かつ、カメラの上側および下側の視野限界である上側視野限界および下側視野限界内の視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する方法であって、
前記炉壁全体画像の合成に際し、前記視点変換画像の手前側視野限界と上側視野限界と下側視野限界とから所定の幅を持った領域の画像を用いる
ことを特徴とするコークス炉壁観察方法。 - カメラをコークス炉内に挿入し、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として順次撮影し、
前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た画像であって、カメラの上下の視野角の範囲外である視野範囲外領域が含まれた視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する方法であって、
前記炉壁全体画像の合成に際し、隣り合う前記視点変換画像を、前記視点変換画像の手前側視野限界が前面に来るように、かつ、前記視点変換画像の視野範囲外領域を透明色として重ね合わせる
ことを特徴とするコークス炉壁観察方法。 - 前記視点変換画像の生成に際し、
前記視点変換画像のカメラの奥側の視野限界である奥側視野限界から所定の幅を持った領域の視点変換処理を行わない
ことを特徴とする請求項1または2記載のコークス炉壁観察方法。 - 前記視点変換画像の生成に際し、
前記視点変換画像の手前側視野限界から所定の幅を持った領域の視点変換処理を行わない
ことを特徴とする請求項1、2または3記載のコークス炉壁観察方法。 - コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として順次撮影するカメラと、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、
前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラ位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えたコークス炉壁観察装置であって、
前記画像処理手段は、
前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た画像であって、カメラの手前側の視野限界である手前側視野限界より奥側の領域であり、かつ、カメラの上側および下側の視野限界である上側視野限界および下側視野限界内の視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成し、
前記炉壁全体画像の合成に際し、前記視点変換画像の手前側視野限界と上側視野限界と下側視野限界とから所定の幅を持った領域の画像を用いる
ことを特徴とするコークス炉壁観察装置。 - コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として順次撮影するカメラと、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、
前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラ位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えたコークス炉壁観察装置であって、
前記画像処理手段は、
前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た画像であって、カメラの上下の視野角の範囲外である視野範囲外領域が含まれた視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成し、
前記炉壁全体画像の合成に際し、隣り合う前記視点変換画像を、前記視点変換画像の手前側視野限界が前面に来るように、かつ、前記視点変換画像の視野範囲外領域を透明色として重ね合わせる
ことを特徴とするコークス炉壁観察装置。 - 前記画像処理手段は、
前記視点変換画像の生成に際し、
前記視点変換画像のカメラの奥側の視野限界である奥側視野限界から所定の幅を持った領域の視点変換処理を行わない
ことを特徴とする請求項5または6記載のコークス炉壁観察装置。 - 前記画像処理手段は、
前記視点変換画像の生成に際し、
前記視点変換画像の手前側視野限界から所定の幅を持った領域の視点変換処理を行わない
ことを特徴とする請求項5、6または7記載のコークス炉壁観察装置。
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