JP2016020817A - 海上流出油検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油の励起光発生に有効なピーク波長を有するＬＥＤ光源を用いることで、低消費電力で遠方に存在する油の励起光画像を得ることを可能にし、発生する励起光に近い波長の光の反射光画像を除くことで油流出領域を明確に特定する。【解決手段】紫外光照射によって油が励起光を発生するのに有効なピーク波長を有する紫外線ＬＥＤ光源１１と紫外線ＬＥＤ光源１１から出射した紫外光を高指向性で海上に照射する光学系１２を備えた照明装置１０と、照明装置１０が紫外光を照射した海上の画像を撮像する撮像装置２０とを備えたカメラ部２と、撮像装置２０が撮像した油の励起光画像によって海上に流出した油を検知する油検知部３を備え、照明装置１０は、ピーク波長より高く励起光の発生波長より低い設定波長の高波長側をカットするフィルタ１３を介して紫外光を海上に照射し、撮像装置２０は、励起光の発生波長の低波長側をカットするフィルタ２１を介して海上の画像を撮像する。【選択図】図１

Description

本発明は、海上に流出した油を検知する海上流出油検知装置に関するものである。

船舶，臨海工場，海底油田などから海に流出する油に対しては、これを早期に検知して、流出発生源からの流出阻止或いは流出してしまった油の回収や拡散防止を迅速に行うことが求められる。海上へ流出された油を早期に検知するには、夜間・昼間を問わず常時所定範囲の海上を監視することが必要であり、このため、夜間を含めて海上を自動監視できる検知装置が必要になる。

海上流出油を検知する従来技術としては、海面の赤外線２次元画像を画像処理して海上に浮遊する油膜の有無を検知する方法（下記特許文献１参照）や、油が紫外線を照射すると蛍光（励起光）を発する特性を有することを利用して、照明手段によって紫外線を照射して油が発する励起光の画像を撮像手段で取得する方法（下記特許文献２参照）などが知られている。

特に下記特許文献２には、紫外線と可視光を交互に照射する照明手段、所定の波長の光を選択する波長選択手段を備えた撮像手段、紫外光照射時と可視光照射時に得られるそれぞれの画像のデータを蓄積する画像データ蓄積手段、両画像のデータを比較するデータ演算手段を備えた油漏れ検出装置が示されている。

特開平６−２２９９２０号公報 特開平８−１２８９１６号公報

特許文献１に記載された従来技術のように、海面の赤外線２次元画像を画像処理して海上に浮遊する油膜の有無を検知する方法は、海面上の温度分布が油膜によって変化する程の大規模な油流出に対しては有効であるが、海岸周辺などでの小規模な油流出に対しては明確な油漏れ画像を得ることができない。また、特許文献２に記載された従来技術は、照明手段として紫外域と可視域を含む広範囲の波長帯域を有する光源を用いる必要があるので、油が励起光を発生するのに有効な紫外域にピーク波長を有する光源を用いることができず、効率的に油の励起光画像を得ることができない問題があり、遠方の海上を監視するには多大な消費電力を要する問題がある。

これに対しては、油が励起光を発生するのに有効なピーク波長を有するレーザ光源やＬＥＤ光源を用いてこれらが出射する紫外光を海上に照射することが考えられる。しかしながら、レーザ光源は一つのビームでの照射領域が小さいので広範囲の検知範囲に対応することが困難であり、一つのビームのエネルギー密度が高いことで可燃性物質を扱う検知領域では採用することができない。また、ＬＥＤ光源の波長特性は、ピーク波長から高低域に拡がりのある波長分布を有するので、発生する励起光に近い波長の光が海面で反射して油の励起光と混在することになり、油の流出領域を明確に特定することできなくなる問題が生じる。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、油の励起光発生に有効なピーク波長を有するＬＥＤ光源を用いることで、低消費電力で遠方に存在する油の励起光画像を得ることを可能にし、発生する励起光に近い波長の光の反射光画像を除くことで油流出領域を明確に特定すること、などが本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による海上流出油検知装置は、明細書に記載された幾つかの発明のうち以下の構成を具備するものである。
紫外光照射によって油が励起光を発生するのに有効なピーク波長を有する紫外線ＬＥＤ光源と該紫外線ＬＥＤ光源から出射した紫外光を高指向性で海上に照射する光学系を備えた照明装置と、該照明装置が紫外光を照射した海上の画像を撮像する撮像装置とを備えたカメラ部と、前記撮像装置が撮像した油の励起光画像によって海上に流出した油を検知する油検知部を備え、前記照明装置は、前記ピーク波長より高く前記励起光の発生波長より低い設定波長の高波長側をカットするフィルタを介して紫外光を海上に照射し、前記撮像装置は、前記励起光の発生波長の低波長側をカットするフィルタを介して海上の画像を撮像することを特徴とする海上流出油検知装置。

このような特徴を有する本発明は、油の励起光発生に有効なピーク波長を有するＬＥＤ光源を用い紫外光を高指向性で海上に照射することで、低消費電力で遠方に存在する油の励起光画像を得ることが可能になる。また、励起光発生に寄与しない光の反射光画像を除くことで油流出領域を明確に特定することができる。

本発明の一実施形態に係る海上流出油検知装置の基本構成を示した説明図である。 本発明の一実施形態に係る海上流出油検知装置における照明用光学フィルタと撮像用光学フィルタの波長選択特性を示した説明図であり、（ａ）が照明用光学フィルタの波長選択特性を示しており、（ｂ）が撮像用光学フィルタの波長選択特性を示している。 本発明の実施形態に係る海上流出油検知装置の現場設置例を示した説明図である。（ａ）が側面視の説明図であり、（ｂ）が平面視の説明図である。 励起光画像が検知された検知位置の画像を示した説明図である。 本発明の実施形態に係る海上流出油検知装置における検知位置走査装置の制御例を示した説明図であり、（ａ）が油検知部が検知する油流出領域の位置情報を示しており、（ｂ）が検知位置走査装置が制御する検知位置の位置情報を示している。 本発明の実施形態に係る海上流出油検知装置における油検知部の機能例を示した説明図である。 本発明の実施形態に係る海上流出油検知装置のシステム構成例を示した説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る海上流出油検知装置の基本構成を示した説明図である。海上流出油検知装置１は、カメラ部２と油検知部３を備えている。カメラ部２は、紫外線ＬＥＤ光源１１と照射光学系１２と照明用光学フィルタ１３を備える照明装置１０と、撮像用光学フィルタ２１を含む撮像装置２０などを備えている。紫外線ＬＥＤ光源１１は、紫外光照射によって油が励起光を発生するのに有効なピーク波長を有するものであり、例えば、３８５ｎｍのピーク波長を有するＬＥＤ光源が用いられる。照射光学系１２は、点光源に近い紫外線ＬＥＤ光源１１から出射する紫外光を高指向性で海上に照射するコリメータなどによって構成される。

撮像装置２０は、照明装置１０が紫外線を照射した海上の画像を撮像する撮像素子などを備えている。照明装置１０から紫外線が照射された海上における撮像装置２０の画角範囲が１度に検知できる範囲の検知位置Ｓになる。油検知部３は、撮像装置２０が撮像した油の励起光画像によって海上に流出した油を検知する機能を有し、撮像した油の励起光画像を表示する表示装置３０を必要に応じて備えている。

図２は、照明用光学フィルタ１３と撮像用光学フィルタ２１の波長選択特性を示した説明図である。（ａ）が照明用光学フィルタ１３の波長選択特性を示しており、（ｂ）が撮像用光学フィルタ２１の波長選択特性を示している。

紫外線ＬＥＤ光源１１によってピーク波長λ１の紫外線が油に照射されると、油は波長（発生波長）λ２にピークを持つ励起光を発生させる。具体的には、ピーク波長λ１が３８５ｎｍの紫外線を照射することによって、油は発生波長λ２が４７０ｎｍの励起光を発生する。照明装置１０が備える照明用光学フィルタ１３は、ピーク波長λ１（＝３８５ｎｍ）より高く励起光の発生波長λ２（＝４７０ｎｍ）より低い設定波長λｃ１（例えば、４００ｎｍ）の高波長側をカットする波長選択特性を有する。このような照明用光学フィルタ１３を備える照明装置１０は、ピーク波長λ１を有するが設定波長λｃ１より高い波長がカットされた紫外線を海上に照射する。

これに対して、撮像用光学フィルタ２１は、励起光の発生波長λ２の低波長側をカットする波長選択特性を有している。すなわち、発生波長λ２より低い設定波長をλｃ２として、その設定波長λｃ２以下をカットした光が撮像装置２０によって撮像されることになる。このような照明用光学フィルタ１３と撮像用光学フィルタ２１を用いて紫外線が照射された海上の画像を取得すると、照明光から励起光の発生波長λ２付近の光が除かれることになるので、この発生波長λ２付近の反射光が励起光に紛れて撮像されることがなくなって、励起光画像によって表される油流出領域を明確に特定することが可能になる。

図３は、海上流出油検知装置１の現場設置例を示した説明図である。（ａ）が側面視の説明図であり、（ｂ）が平面視の説明図である。カメラ部２は、地上Ｇに設置された設備室６の上に敷設された塔７上に設置されており、海上Ｆから設定高さｈに配備されている。油検知部３は設備室６の内部に配備されており、カメラ部２と油検知部３は信号伝送ケーブル８で接続されている。

海上流出油検知装置１は、カメラ部２の撮像方向を上下又は左右に変更することで海上Ｆでの検知位置Ｓを走査する検知位置走査装置４を備えている。検知位置走査装置４は、カメラ部２の撮像方向を上下に走査することでカメラ部２の設置位置から検知位置Ｓまでの平面距離Ｌ（ｍ）を変更する上下走査部４Ａと、カメラ部２の撮像方向を左右に走査することで検知位置Ｓの方位角（°）を変更する左右走査部４Ｂを備えており、上下走査部４Ａと左右走査部４Ｂを連続的又は間欠的に制御することで、検知位置Ｓを海上Ｆの任意位置に設定することができる。

検知位置走査装置４の一つの制御例としては、カメラ部２の設置位置から比較的近い平面距離Ｌ１を設定して、その平面距離Ｌ１において海岸線に沿った１８０°の範囲で検知位置Ｓの方位角を順次変更し、その後、検知位置Ｓの距離を平面距離Ｌ２（＞Ｌ１）に設定して、その平面距離Ｌ２において１８０°の範囲で検知位置Ｓの方位角を順次変更する。これを繰り返してカメラ部２の設置位置から検知位置Ｓまでの距離を平面距離Ｌ３，Ｌ４，…と順次離すことで、広範囲に亘った海上での油流出検知が可能になる。

また、検知位置走査装置４は、撮像方向によって決まる検知位置Ｓの位置情報を油検知部３に出力している。図４に示すように、検知位置Ｓ内の画像で励起光画像が検知され、これによって油流出領域Ｐが検知された場合には、その時の検知位置Ｓの位置情報（平面距離Ｌ(m)，方位角θ(°)）と画像内での座標位置から油流出領域Ｐの中心の位置情報（平面距離Ｌ’(m)，方位角θ’(°)）を得ることができる。

油検知部３が油流出領域Ｐを検知した場合には、更に詳細な検知位置走査装置４の制御を行うことができる。例えば、カメラ部２は、同一の検知位置Ｓで複数回の画像取得を行い、油検知部３は、複数回の画像取得で励起光画像から求めた油流出領域Ｐに移動がある場合には、その移動方向に追従して検知位置Ｓを走査するように検知位置走査装置４を制御する。

この制御を図５によって説明する。（ａ）が油検知部３が検知する油流出領域の位置情報を示しており、（ｂ）が検知位置走査装置４が制御する検知位置の位置情報を示している。ここでは、平面距離Ｌ１(m)，方位角θ１(°)の位置にある検知位置Ｓ１の中心に油流出領域Ｐを検知した場合において、同一の検知位置Ｓ１における複数回の画像取得で油流出領域Ｐの位置が平面距離Ｌ２(m)，方位角θ２(°)に移動した場合に、この移動に追従するように検知位置走査装置４を制御して、検知位置Ｓ１を平面距離がΔＬ(m)（＝Ｌ２−Ｌ１）だけ変更され、方位角がΔθ(°)（＝θ２−θ１）だけ変更された検知位置Ｓ２に移動する。このような制御を行うことで、海流などで油流出領域の位置が時間経過と共に変化する場合に、これに追従して検知位置を制御して油流出領域の位置変化を確実に把握することができる。

図６は、本発明の実施形態に係る海上流出油検知装置における油検知部３の機能例を示した説明図である。この例では、カメラ部２は、同一の検知位置で照明装置１０による紫外光照射を点滅制御し、油検知部３は、同一検知位置で、照明装置１０による紫外光照射時に撮像装置２０が撮像した画像と照明装置１０による紫外光非照射時に撮像装置２０が撮像した画像との差分を取る画像処理を行う。

具体的には、油検知部３は、取得画像選択部３１，画像記憶部３２，差分画像処理部３３，判定部３４，警報発生部３５を備えている。取得画像選択部３１は、撮像装置２０から出力された取得画像を照明装置１０の点滅タイミングに応じて選択して、照明装置１０が非点灯で紫外光非照射時の画像を画像記憶部３２に出力し、照明装置１０が点灯して紫外光照射時の画像を差分画像処理部３３に出力する。差分画像処理部３３では、取得画像選択部３１から直接出力された紫外光照射時の画像と一旦画像記憶部３２に記憶されてから差分画像処理部３３に出力された紫外光非照射時の画像との差分を取り、その差分画像を判定部３４に出力する。また、取得画像選択部３１が、照明装置１０の点灯時の画像と照明装置１０の非点灯時の画像を切り換えて画像記憶部３２にそれぞれ記憶させ、これを複数回繰り返した後、画像記憶部３２に記憶した画像を一括して差分画像処理部３３に送って差分処理を行い、その差分画像を判定部３４に出力するようにしてもよい。

判定部３４に出力された画像は、油の励起光画像が存在する場合には、海面の反射光画像などが取り除かれて油流出領域を鮮明に表す励起光画像となる。このような励起光画像が得られた場合には、判定部３４は、励起光画像から励起光の強度と励起光の発生面積の一方又は両方を求め、励起光の強度と励起光の発生面積の一方又は両方が閾値以上の場合に、警報発生部３５に警報発生信号を出力し警報発生部３５が警報信号を出力する。

図７は、本発明の実施形態に係る海上流出油検知装置のシステム構成例を示した説明図である。この例では、カメラ部２の照明装置１０は、紫外線ＬＥＤ光源ユニット１０Ｕを１６（４×４）個備えた１ユニットを２つ備えており、個々の紫外線ＬＥＤ光源ユニット１０Ｕは、拡がり角度を０．６°以内に抑えることで高指向性の光源を実現している。油検知部３は表示装置（ディスプレイ装置）３０とサーバ３Ｓによって構成することができる。サーバ３Ｓは遠隔監視部５における遠隔端末（ＰＣ端末など）５Ｕと通信接続可能な送信手段を備えている。

このような海上流出油検知装置１によると、照明装置１０によって比較的遠方に紫外光を照射することができ、紫外光が照射された検知位置の画像を撮像装置２０によって取得することができる。検知位置の画像から油が発生する励起光画像を得ることができた場合には、油検知部３がその励起光画像を判別して、遠隔監視部５における遠隔端末５Ｕに油流出領域の画像や警報信号を送信する。ここで、本発明の実施形態に係る海上流出油検知装置１は、油の励起光発生に有効なピーク波長を有するＬＥＤ光源を用いることで、低消費電力で遠方に存在する油の励起光画像を確実に得ることができ、励起光発生に寄与しない光の反射光画像を除くことで油流出領域を明確に特定することができる。これによって、比較的広い監視範囲に対して精度の高い油流出の検知を行うことが可能になる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：海上流出油検知装置，２：カメラ部，３：油検知部，３Ｓ：サーバ，
４：検知位置走査装置，４Ａ：上下走査部，４Ｂ：左右走査部，
５：遠隔監視部，５Ｕ：遠隔端末，
１０：照明装置，１０Ｕ：紫外線ＬＥＤ光源ユニット，
１１：紫外線ＬＥＤ光源，１２：照射光学系，
１３：照明用光学フィルタ，２０：撮像装置，２１：撮像用光学フィルタ，
３０：表示装置，３１：取得画像選択部，３２：画像記憶部，
３３：差分画像処理部，３４：判定部，３５：警報発生部，
Ｓ：検知位置，Ｇ：地上，Ｆ：海上

Claims (7)

1. 紫外光照射によって油が励起光を発生するのに有効なピーク波長を有する紫外線ＬＥＤ光源と該紫外線ＬＥＤ光源から出射した紫外光を高指向性で海上に照射する光学系を備えた照明装置と、該照明装置が紫外光を照射した海上の画像を撮像する撮像装置とを備えたカメラ部と、
   前記撮像装置が撮像した油の励起光画像によって海上に流出した油を検知する油検知部を備え、
   前記照明装置は、前記ピーク波長より高く前記励起光の発生波長より低い設定波長の高波長側をカットするフィルタを介して紫外光を海上に照射し、
   前記撮像装置は、前記励起光の発生波長の低波長側をカットするフィルタを介して海上の画像を撮像することを特徴とする海上流出油検知装置。
2. 前記カメラ部は海上から設定高さに配備され、
   前記カメラ部の撮像方向を上下又は左右に変更することで海上での検知位置を走査する検知位置走査装置を備えることを特徴とする請求項１記載の海上流出油検知装置。
3. 前記検知位置走査装置は、撮像方向によって決まる検知位置の位置情報を前記油検知部に出力することを特徴とする請求項２記載の海上流出油検知装置。
4. 前記カメラ部は、同一の検知位置で複数回の画像取得を行い、
   前記油検知部は、複数回の画像取得で前記励起光画像から求めた油流出領域に移動がある場合には、その移動方向に追従して検知位置を走査するように前記検知位置走査装置を制御することを特徴とする請求項２又は３記載の海上流出油検知装置。
5. 前記カメラ部は、同一の検知位置で前記照明装置による紫外光照射を点滅制御し、
   前記油検知部は、同一検知位置で、前記照明装置による紫外光照射時に前記撮像装置が撮像した画像と前記照明装置による紫外光非照射時に前記撮像装置が撮像した画像との差分を取る画像処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載された海上流出油検知装置。
6. 前記油検知部は、前記励起光画像から励起光の強度と励起光の発生面積の一方又は両方を求め、励起光の強度と励起光の発生面積の一方又は両方が閾値以上の場合に警報信号を出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の海上流出油検知装置。
7. 前記油検知部は、前記励起光画像と前記警報信号の一方又は両方を遠隔端末に送信する送信手段を備えることを特徴とする請求項６記載の海上流出油検知装置。

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