JP2016023314A - 温度測定方法、温度測定装置、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、炉床が移動しながら塊成化物を還元していく還元炉の観察窓に設置された撮像装置から出力される、還元炉内の塊成化物の輝度分布を表す撮像画像に基づき、塊成化物の温度を測定する温度測定方法であり、撮像画像から、輝度値が所定の第1の閾値以下である低輝度部を抽出するステップと、抽出された低輝度部について、当該低輝度部の形状を表わした形状情報から、当該低輝度部に迷光が入射する立体角の半球の立体角2πに対する割合である迷光寄与割合f1を算出するステップと、抽出された低輝度部のうち算出された迷光寄与割合f1が所定の第2の閾値以下である部分を、温度測定部分として抽出するステップと、抽出された温度測定部分の輝度測定値から当該温度測定部分の温度を算出するステップと、を含む。
【選択図】図9
Description
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
まず、本発明の実施形態に係る温度測定装置10について、図1を参照しながら説明する。
本実施形態に係る温度測定装置10は、炉床が移動しながら塊成化物を還元していく還元炉において、当該還元炉の内部における塊成化物の温度を測定する装置である。なお、以下では、かかる還元炉の一例として、図1に示した回転炉床炉を挙げて、詳細に説明を行うものとする。しかしながら、本実施形態に係る温度測定装置10が設けられる還元炉は、回転炉床炉に限定されるものではない。
撮像装置100は、回転炉床炉の炉内塊成化物を撮像して、塊成化物の輝度分布を表わす撮像画像を生成する装置である。撮像装置100は、レンズ等の各種光学素子と、CCD(Charge Coupled Device)、又は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子と、を有している。ここで、本実施形態に係る撮像装置100は、静止画像を生成可能なものであってもよく、動画像を生成可能なものであってもよい。また、本実施形態に係る撮像装置100は、モノクロ画像を撮像可能なものであってもよいし、カラー画像を撮像可能なものであってもよい。なお、カラー画像を撮像可能な撮像装置を利用する場合には、1チャンネルの画像を生成すればよい。すなわち、画像の生成手段としては、RGB成分のうちR,G,Bのいずれかの成分だけを利用しても良いし、RGB色空間からYCbCr色空間への変換を行い、Y成分のみを利用しても良い。
本実施形態に係る撮像装置100は、炉内の状態を観察するための観察窓に設置されており、約2m先にある炉内塊成化物の熱放射を撮像した画像を得る。撮像装置100は、例えば、角度θで斜め上から見下ろすように炉内を撮像している。ここで、図2に示したように、角度θは、撮像装置100の中心光軸と、回転炉床炉の炉床法線方向とのなす角の大きさとして規定される。
炉内での塊成化物は、バーナーや炉壁等による高温の輻射を受けているため、実際よりも輝度値が高くなっている可能性がある。塊成化物の見かけの温度と黒体放射輝度Ta(K)、L(Ta)は、塊成化物の実際の温度と輝度をTr(K)、Lr(K)迷光の温度と輝度をTe(K)Le(K)とすると、塊成化物の放射率をε、迷光寄与割合をf1として、(1)式のように記述される。なお、以下の(1)式では、塊成化物の表面を完全拡散面と仮定している。
炉内の塊成化物の画像から、迷光寄与割合f1が1となる塊成化物の上面の高温部の輝度と、迷光寄与割合がf1の低温部(すなわち、f1≠1である部分)の輝度とを調べた時、両者の輝度は、上記(1)式より、それぞれ(4−1)式、(4−2)式となる。ここで、高温部の輝度は、例えば、(a)画像上の最高輝度や、(b)以下に述べる低温部を中心に塊成化物の辺の2〜3倍程度の長さを一辺とする領域の中の最高輝度、とする。なお、以下の(4−1)式及び(4−2)式において、T1(K)、T2(K)は、それぞれ高温部及び低温部の見かけの温度であり、Tr1(K)、Tr2(K)は、それぞれ高温部及び低温部の真の温度である。
次に、図1を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置200の全体構成について説明する。本実施形態に係る演算処理装置200は、撮像装置100により撮像された画像に対して画像処理を実施し、黒体部を検出して温度演算を行う。
続いて、図7〜図8を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置200が備える画像処理部203について、詳細に説明する。
図7は、本実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部の構成の一例を示したブロック図であり、図8は、特徴点の検出方法及びラベリング部の角度φの計算方法を説明するための説明図である。
続いて、図9を参照しながら、本実施形態に係る温度測定方法の流れの一例を簡単に説明する。図9は、本実施形態に係る温度測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
次に、図10を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置200のハードウェア構成について、詳細に説明する。図10は、本発明の実施形態に係る演算処理装置200のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
100 撮像装置
200 演算処理装置
201 撮像制御部
203 画像処理部
205 表示制御部
207 記憶部
211 2値化画像生成部
213 ラベリング部
215 輪郭抽出部
217 特徴点抽出部
219 迷光寄与割合計算部
221 黒体部検出部
223 温度演算部
Claims (9)
- 炉床が移動しながら塊成化物を還元していく還元炉の観察窓に設置された撮像装置から出力される、当該還元炉内の塊成化物の輝度分布を表す撮像画像に基づいて、前記塊成化物の温度を測定する温度測定方法であって、
前記撮像画像から、輝度値が所定の第1の閾値以下である低輝度部を抽出するステップと、
抽出された前記低輝度部について、当該低輝度部の形状を表わした形状情報から、当該低輝度部に迷光が入射する立体角の半球の立体角2πに対する割合である迷光寄与割合f1を算出するステップと、
抽出された前記低輝度部のうち、算出された前記迷光寄与割合f1が所定の第2の閾値以下である部分を、温度測定部分として抽出するステップと、
抽出された前記温度測定部分の輝度測定値から当該温度測定部分の温度を算出するステップと、
を含む、温度測定方法。 - 前記第2の閾値は、前記迷光寄与割合f1の値が1である前記塊成化物の上面の輝度と、前記低輝度部の輝度と、当該低輝度部の迷光寄与割合f1と、から算出される前記迷光による温度測定誤差が、所定の許容値以下となるように定められた値である、請求項1に記載の温度測定方法。
- 前記第2の閾値は、0.05である、請求項2に記載の温度測定方法。
- 算出された前記温度測定部分の温度から前記迷光による温度測定誤差を差し引くことにより、前記温度測定部分の温度を補正する、請求項2又は3に記載の温度測定方法。
- 前記撮像装置を前記還元炉の炉床移動方向に設けられた複数の観察窓のそれぞれに設置することにより、当該還元炉内の塊成化物の炉床移動方向の温度分布を求める、請求項1〜4のいずれか1項に記載の温度測定方法。
- 前記迷光寄与割合f1を算出するステップでは、
抽出された前記低輝度部について、前記形状情報に対応する前記低輝度部の輪郭のうち前記撮像装置から最も遠い位置に存在する最遠点が特定され、
前記最遠点を通る前記撮像装置の光軸により2つに区分される前記輪郭のそれぞれについて、当該輪郭のうち、前記最遠点側の所定の範囲を直線近似した前記最遠点を通る近似直線が算出され、
算出された2つの前記近似直線のなす角と、前記撮像装置の光軸方向と前記炉床の法線方向とのなす角と、を利用して、前記迷光寄与割合f1が算出される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の温度測定方法。 - 炉床が移動しながら塊成化物を還元していく還元炉において、当該還元炉の内部における前記塊成化物の温度を測定する温度測定装置であって、
前記還元炉の観察窓に設けられ、当該還元炉の内部における前記塊成化物を撮像することで、前記塊成化物の輝度分布を表わす撮像画像を出力する撮像装置と、
前記撮像画像に対して所定の演算処理を実施して、前記塊成化物の温度を算出する演算処理装置と、
を備え、
前記演算処理装置は、
前記撮像画像から、輝度値が所定の第1の閾値以下である低輝度部を抽出する低輝度部抽出部と、
前記低輝度部抽出部により抽出された前記低輝度部のうち、当該低輝度部の形状を表わした形状情報から、当該低輝度部に迷光が入射する立体角の半球の立体角2πに対する割合である迷光寄与割合f1を算出する迷光寄与割合算出部と、
前記低輝度部抽出部により抽出された前記低輝度部のうち、前記迷光寄与割合算出部により算出された前記迷光寄与割合f1が所定の第2の閾値以下である部分を温度測定部分として抽出する温度測定部分抽出部と、
前記温度測定部分抽出部により抽出された前記温度測定部分の輝度測定値から当該温度測定部分の温度を算出する温度算出部と、
を有する、温度測定装置。 - 炉床が移動しながら塊成化物を還元していく還元炉の観察窓に設けられ、当該還元炉の内部における前記塊成化物を撮像することで、前記塊成化物の輝度分布を表わす撮像画像を出力する撮像装置と相互に通信が可能なコンピュータを、前記還元炉の内部における前記塊成化物の温度を測定する温度測定装置として機能させるためのプログラムであって、
前記撮像画像から、輝度値が所定の第1の閾値以下である低輝度部を抽出する低輝度部抽出機能と、
前記低輝度部抽出機能により抽出された前記低輝度部のうち、当該低輝度部の形状を表わした形状情報から、当該低輝度部に迷光が入射する立体角の半球の立体角2πに対する割合である迷光寄与割合f1を算出する迷光寄与割合算出機能と、
前記低輝度部抽出機能により抽出された前記低輝度部のうち、前記迷光寄与割合算出部により算出された前記迷光寄与割合f1が所定の第2の閾値以下である部分を温度測定部分として抽出する温度測定部分抽出機能と、
前記温度測定部分抽出機能により抽出された前記温度測定部分の輝度測定値から当該温度測定部分の温度を算出する温度算出機能と、
をコンピュータに実現させるためのプログラム。 - 炉床が移動しながら塊成化物を還元していく還元炉の観察窓に設けられ、当該還元炉の内部における前記塊成化物を撮像することで、前記塊成化物の輝度分布を表わす撮像画像を出力する撮像装置と相互に通信が可能なコンピュータを、前記還元炉の内部における前記塊成化物の温度を測定する温度測定装置として機能させるためのプログラムであって、
前記撮像画像から、輝度値が所定の第1の閾値以下である低輝度部を抽出する低輝度部抽出機能と、
前記低輝度部抽出機能により抽出された前記低輝度部のうち、当該低輝度部の形状を表わした形状情報から、当該低輝度部に迷光が入射する立体角の半球の立体角2πに対する割合である迷光寄与割合f1を算出する迷光寄与割合算出機能と、
前記低輝度部抽出機能により抽出された前記低輝度部のうち、前記迷光寄与割合算出部により算出された前記迷光寄与割合f1が所定の第2の閾値以下である部分を温度測定部分として抽出する温度測定部分抽出機能と、
前記温度測定部分抽出機能により抽出された前記温度測定部分の輝度測定値から当該温度測定部分の温度を算出する温度算出機能と、
をコンピュータに実現させるためのプログラムが記録された記録媒体。
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