JP2016060931A - Blast furnace tuyere condition observation method and blast furnace tuyere condition observation device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately observe a condition near a blast furnace tuyere independently from fluctuation in a blast furnace tuyere image due to fire.SOLUTION: The present invention is a method for observing a condition in a blast furnace tuyere by utilizing a thermal radiation intensity image taken by an imaging apparatus arranged on the blast furnace tuyere, comprising: a step of identifying an ellipse shape matching with an outline shape by applying ellipse shapes to an outline shape of a tuyere from each of thermal radiation intensity images; a step of carrying out geometric transformation to each of thermal radiation intensity images to generate a normalized image and carrying out polar conversion to the normalized image with ellipse parameters of the identified ellipse shape so that each of outline shapes to be a normalized circle having a determined center position and a determined radius; a step of generating a binarized image by binarizing the normalized image after polar conversion generated; and a step of generating light part distribution information showing distribution in the radial direction of a normalized circle of light parts present in the generated binarized image by utilizing the binarized image generated.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、高炉羽口状態観察方法及び高炉羽口状態観察装置に関する。   The present invention relates to a blast furnace tuyere state observation method and a blast furnace tuyere state observation apparatus.

高炉は、その炉内において、鉄鉱石等やコークス等を原料とした、複数の化学反応で構成される還元反応が進行する複雑かつ大規模な反応容器である。高炉は、円筒の徳利形状を有する竪型炉の一種であり、炉の頭頂部(炉頂部)から装入される原料と、炉の下方に設けられた羽口から供給される熱風(高温の空気)により生成される還元性ガスとを原材料とし、還元反応により高炉下方の出銑口から溶銑(溶けた銑鉄)が連続的に排出される。炉頂部からの原料装入が断続的に行われ、高炉内の各原料層は徐々に下方に移動する。このように、高炉における連続操業においては、固体、液体、気体が共存して反応が進行している。   A blast furnace is a complex and large-scale reaction vessel in which a reduction reaction composed of a plurality of chemical reactions proceeds using iron ore or coke as a raw material. A blast furnace is a type of vertical furnace with a cylindrical bottle shape, with raw materials charged from the top of the furnace (top of the furnace) and hot air (high temperature) supplied from the tuyere provided below the furnace. The reducing gas produced by the air) is used as a raw material, and the hot metal (molten pig iron) is continuously discharged from the outlet at the bottom of the blast furnace by the reduction reaction. The raw material charging from the furnace top is intermittently performed, and each raw material layer in the blast furnace gradually moves downward. Thus, in the continuous operation in the blast furnace, the reaction proceeds in the presence of solid, liquid, and gas.

ここで、高炉内で進行している還元反応を予測することは、安定的な操業を行ううえで重要である。そこで、目視により羽口から高炉内を監視することで、炉内の状況を判定することが行われてきたが、目視による監視では、多数の羽口の連続的・定量的な監視が難しいという問題があった。   Here, predicting the reduction reaction proceeding in the blast furnace is important for stable operation. Therefore, it has been performed to visually check the inside of the blast furnace from the tuyere, but it is difficult to continuously and quantitatively monitor many tuyere by visual monitoring. There was a problem.

かかる問題を解決するために、高炉の羽口から炉内を撮像した画像をビデオでレコーディングすることで、炉内の状態を後から連続的に分析することが可能となった。しかしながら、人が炉内の状態を判定するという点は同様であるため、定量性に欠けるという問題が依然として存在し、更に、長時間の動画像を人が再生しながら分析するには膨大な時間が必要という問題が生じることとなった。   In order to solve such a problem, it is possible to continuously analyze the state of the furnace later by recording an image of the inside of the furnace captured from the blast furnace tuyeres with video. However, since the point that a person determines the state in the furnace is the same, there still remains a problem of lack of quantitativeness. Furthermore, it takes a huge amount of time for a person to analyze a long-time moving image while reproducing it. The problem of needing arises.

そこで、下記特許文献1に示したように、高炉羽口を撮像した高炉羽口画像に対して所定の画像処理を行うことで高炉状態を表わす指数を算出し、かかる指標の時系列変化をモニタする方法が提案されている。   Therefore, as shown in Patent Document 1 below, an index representing the blast furnace state is calculated by performing predetermined image processing on the blast furnace tuyere image obtained by imaging the blast furnace tuyere, and the time series change of the index is monitored. A method has been proposed.

ここで、高炉内に発生する異常状態として、高炉羽口画像から区別したい事象は、画像中に黒い未溶融原料がランダムに落下する「生鉱落ち」と呼ばれる事象と、PCノズルより吹き込まれる微粉炭が中心から円周部に向かって拡大する「微粉炭膨張」と呼ばれる事象である。このために、下記特許文献1に開示された技術では、固定した楕円を羽口画像にあてはめ、正規化円に変換したうえで極座標変換により円周部と中心部に分離を行い、これらの事象を区別している。   Here, as an abnormal condition that occurs in the blast furnace, the events that you want to distinguish from the blast furnace tuyere images are the phenomenon called “green ore dropping” in which black unmelted raw material falls randomly in the image, and fine powder blown from the PC nozzle. This is an event called “pulverized coal expansion” in which the charcoal expands from the center toward the circumference. For this reason, in the technique disclosed in Patent Document 1 below, a fixed ellipse is applied to a tuyere image, converted into a normalized circle, and then separated into a circumferential portion and a central portion by polar coordinate conversion. Are distinguished.

特開2013−185234号公報JP 2013-185234 A 特開2006− 84473号公報JP 2006-84473 A

上記特許文献1に開示されている事象判別処理において問題となるのが、高炉羽口画像の大きさ及び中心位置が、陽炎(炉内と吹き込んでいる熱風との温度差)により時々刻々と変化してしまうことである。休風時の高炉羽口画像を楕円近似処理するなどして得られた固定した楕円を羽口画像に対して当てはめているため、かかる変化により正規化円への変換やその後の極座標変換の際に誤差が生じ、特に「微粉炭膨張」を検出する際に問題となる。   The problem in the event discrimination process disclosed in Patent Document 1 is that the size and center position of the blast furnace tuyere changes from moment to moment due to the heat (temperature difference between the inside of the furnace and the hot air blown in). It is to do. Because a fixed ellipse obtained by performing ellipse approximation processing on the blast furnace tuyere image at rest is applied to the tuyere image, this change causes a normalization circle or subsequent polar coordinate transformation. This causes an error, especially when detecting “pulverized coal expansion”.

上記のような陽炎による高炉羽口画像の揺らぎを補正するためには、補正に先立って、高炉羽口画像から高炉羽口に対応する輪郭線を抽出することが重要となる。ある画像データの中から輪郭線を抽出するための技術として、例えば上記特許文献2に開示されているような技術が提案されている。この特許文献2では、マッチングしたいモデルの輪郭部分に対して複数の照合エリアを区分的に置き、照合エリアの座標を平行、回転、相似変換した上で、変換後の各照合エリアの輝度値等から得られる分離度を計算し、得られた分離度が最大となる変換行列を全数探索により選択し、変換行列のパラメータから、画像中のモデルパラメータを決定する。   In order to correct the fluctuation of the blast furnace tuyere image due to the above-mentioned hot flame, it is important to extract a contour line corresponding to the blast furnace tuyere from the blast furnace tuyere image before the correction. As a technique for extracting a contour line from certain image data, for example, a technique disclosed in Patent Document 2 has been proposed. In this Patent Document 2, a plurality of collation areas are placed in a section with respect to the contour portion of a model to be matched, and the coordinates of the collation areas are converted into parallel, rotated, and similarity, and then the luminance values of the respective collation areas after conversion, etc. The degree of separation obtained from (1) is calculated, a transformation matrix that maximizes the degree of separation obtained is selected by exhaustive search, and model parameters in the image are determined from parameters of the transformation matrix.

しかしながら、上記特許文献2に開示されている方法では、照合エリアを区分的に設けるため、輪郭線の持つ情報が照合エリア単位で集約されてしまい、精度が不足するという問題がある。また、上記特許文献2に開示されている方法は、パラメータ空間内の全数探索を実施するため、パラメータ決定精度を上げるためにパラメータ空間の格子サイズを小さくすると、計算時間が大幅に増加するという問題がある。   However, in the method disclosed in Patent Document 2, since the collation area is provided in a sectioned manner, there is a problem that the information held by the contour line is aggregated for each collation area, resulting in insufficient accuracy. Further, since the method disclosed in Patent Document 2 performs exhaustive search in the parameter space, if the lattice size of the parameter space is reduced in order to increase parameter determination accuracy, the calculation time is greatly increased. There is.

更に、Snake等の通常の動的輪郭モデルに基づく輪郭抽出方法では、処理に一般性を持たせるために、パラメータで表現される曲線の輪郭ではなく、点群で表される不定形の輪郭(ノンパラメトリック)を対象としている。そのため、かかる技術は、上記のような極座標変換の精度を上げるために楕円パラメータを高精度に求めるという目的には、適用できない。   Furthermore, in the contour extraction method based on a normal dynamic contour model such as Snake, in order to give generality to the processing, not a contour of a curve represented by a parameter but an indefinite contour represented by a point cloud ( Non-parametric). Therefore, this technique cannot be applied to the purpose of obtaining the ellipse parameter with high accuracy in order to improve the accuracy of the polar coordinate conversion as described above.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、陽炎による高炉羽口画像の揺らぎに依らずに、高炉羽口近傍の状態をより精度良く観察することが可能な、高炉羽口状態観察方法及び高炉羽口状態観察装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to observe the state near the blast furnace tuyere more accurately without depending on the fluctuation of the blast furnace tuyere image due to the heat. An object of the present invention is to provide a blast furnace tuyere state observation method and a blast furnace tuyere state observation apparatus that can be used.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、高炉羽口に設けられた撮像装置により撮像された熱放射輝度画像を利用して、羽口内の状態を観察する方法であって、取得されたそれぞれの前記熱放射輝度画像における羽口の輪郭形状に楕円形状をあてはめ、前記輪郭形状に適合する楕円形状を特定する楕円形状特定ステップと、前記楕円形状特定ステップにて特定された前記楕円形状の楕円パラメータを用いて、それぞれの前記輪郭形状が中心位置一定かつ半径一定の正規化円となるように、前記それぞれの熱放射輝度画像に対して幾何学変換を実施して、正規化画像を生成するとともに、当該正規化画像に対して極座標変換を行う画像変換ステップと、前記画像変換ステップにて生成された前記極座標変換後の前記正規化画像を二値化して、二値化画像を生成する二値化画像生成ステップと、生成された前記二値化画像を利用して、当該二値化画像に存在する明部の前記正規化円の径方向での分布を示す明部分布情報を生成する明部分布情報生成ステップと、を含む高炉羽口状態観察方法が提供される。   In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, there is provided a method for observing a state in a tuyere using a thermal radiance image captured by an imaging device provided in a blast furnace tuyere. The elliptic shape is applied to the contour shape of the tuyere in each of the acquired thermal radiance images, and the elliptic shape specifying step for specifying the elliptic shape that matches the contour shape is specified in the elliptic shape specifying step. Using the ellipse parameters of the ellipse shape, geometric transformation is performed on the respective thermal radiance images so that each contour shape becomes a normalized circle having a constant center position and a constant radius, and An image conversion step of generating a normalized image and performing a polar coordinate conversion on the normalized image, and the normalized image after the polar coordinate conversion generated in the image conversion step. A binarized image generating step for binarizing and generating a binarized image, and using the generated binarized image, the radial direction of the normalized circle of the bright portion existing in the binarized image A blast furnace tuyere state observation method is provided that includes a bright part distribution information generation step of generating bright part distribution information indicating a distribution at.

前記特定された楕円形状の楕円パラメータは、楕円形状の中心位置座標、前記熱放射輝度画像の画像水平方向に対応する楕円形状の長軸方向長さ、及び、前記熱放射輝度画像の画像垂直方向に対応する楕円形状の短軸方向長さであることが好ましい。   The ellipse parameters of the specified ellipse shape are the center position coordinates of the ellipse shape, the long axis direction length of the ellipse shape corresponding to the image horizontal direction of the thermal radiance image, and the image vertical direction of the thermal radiance image. It is preferable that the length is an elliptical short-axis direction corresponding to.

前記楕円形状特定ステップでは、前記羽口の輪郭部分の画像輝度値が強調された輪郭強度画像について、あてはめる楕円形状の弧上に位置する輪郭強度の線積分を含む評価関数を規定し、当該評価関数の極大値を与える楕円形状を特定する最適化問題を解くことで、前記輪郭形状に適合する楕円形状を特定することが好ましい。   In the ellipse shape specifying step, an evaluation function including a line integral of the contour strength located on the arc of the elliptical shape to be applied is defined for the contour strength image in which the image luminance value of the contour portion of the tuyere is emphasized, and the evaluation It is preferable to identify an elliptical shape that matches the contour shape by solving an optimization problem that identifies an elliptical shape that gives the maximum value of the function.

前記楕円形状特定ステップでは、輪郭強度の線積分の定数倍から楕円の弧長を引いたものを前記評価関数として利用し、前記楕円形状の初期値として、前記羽口の外側を囲う楕円形状を設定し、勾配法により前記極大値を与える楕円形状を特定する最適化処理を実行することが好ましい。   In the ellipse shape specifying step, a value obtained by subtracting the arc length of the ellipse from a constant multiple of the line integral of the contour intensity is used as the evaluation function, and an elliptical shape surrounding the outside of the tuyere is used as the initial value of the elliptical shape. It is preferable to execute an optimization process that sets and identifies an elliptical shape that gives the maximum value by a gradient method.

前記楕円形状特定ステップでは、前記熱放射輝度画像を画像水平方向及び画像垂直方向にそれぞれ微分することで2種類の微分画像が生成され、当該2種類の微分画像をそれぞれ2乗した後に足し合わせることで輪郭強度画像が生成され、当該輪郭強度画像に基づいて前記楕円形状が特定されることが好ましい。   In the elliptical shape specifying step, two types of differential images are generated by differentiating the thermal radiance image in the horizontal direction and the vertical direction of the image, respectively, and the two types of differential images are squared and added together. It is preferable that a contour strength image is generated in step S1 and the elliptical shape is specified based on the contour strength image.

前記楕円形状特定ステップでは、前記微分画像の生成に先立ち、前記熱放射輝度画像に対して2次元ガウスフィルタ処理を施し、当該2次元ガウスフィルタ処理後の前記熱放射輝度画像を利用して、前記微分画像が生成されることが好ましい。   In the elliptical shape specifying step, prior to the generation of the differential image, the thermal radiance image is subjected to a two-dimensional Gaussian filter process, and the thermal radiance image after the two-dimensional Gaussian filter process is used, A differential image is preferably generated.

前記楕円形状特定ステップでは、前記熱放射輝度画像に対して飽和処理又は二値化処理が施された後に、前記輪郭強度画像が生成されることが好ましい。   In the elliptical shape specifying step, it is preferable that the contour intensity image is generated after a saturation process or a binarization process is performed on the thermal radiance image.

前記楕円形状特定ステップでは、それぞれの前記熱放射輝度画像のうちの最初の熱放射輝度画像に対する前記最適化処理の前記初期値、及び、前記最適化処理が失敗した場合における次回の最適化処理の初期値を、予め規定した楕円形状とし、前記最初の熱放射輝度画像に対する最適化処理、及び、前記最適化処理が失敗した場合における次回の最適化処理時以外の最適化処理時には、前回の最適化処理の解である楕円形状の長軸方向長さ及び短軸方向長さを定数倍拡大したものを、初期値としてもよい。   In the ellipse shape specifying step, the initial value of the optimization process for the first thermal radiance image of each of the thermal radiance images, and the next optimization process when the optimization process fails The initial value is an oval shape defined in advance, the optimization process for the first thermal radiance image, and the optimization process of the previous optimization process other than the next optimization process when the optimization process fails A value obtained by enlarging the elliptical length in the major axis direction and the minor axis direction length by a constant factor may be used as the initial value.

前記明部分布情報生成ステップでは、前記二値化画像におけるそれぞれの径方向位置について、同一の前記径方向位置を有し、かつ、相異なる偏角位置を有する複数の画素に対応する画素値を積算して、得られた積算値を該当する前記径方向位置における前記明部分布情報の要素としてもよい。   In the bright part distribution information generation step, pixel values corresponding to a plurality of pixels having the same radial position and different declination positions are provided for each radial position in the binarized image. It is good also as an element of the said bright part distribution information in the said radial direction position which integrates | accumulates and obtained.

かかる高炉羽口状態観察方法は、生成された前記明部分布情報を利用して、ある時刻における前記明部分布情報を特徴づける特徴量を算出する特徴量算出ステップと、算出された前記特徴量を利用して、当該特徴量を用いて規定される特徴量座標系を設定し、複数の異なる時刻における前記明部分布情報に対応する前記特徴量の組み合わせで特定される前記特徴量座標系での点の、時間推移に伴う軌跡を示した軌跡情報を生成する軌跡情報生成ステップと、生成された前記軌跡情報を利用して、羽口内の状態を判断する状態判断ステップと、を更に含み、前記特徴量算出ステップでは、所定の径方向範囲に含まれる前記要素の個数を特徴づける要素数特徴量と、要素の最大値を与える前記径方向位置を示した径方向位置特徴量と、を少なくとも算出してもよい。   The blast furnace tuyere state observation method uses the generated bright portion distribution information to calculate a feature amount that characterizes the bright portion distribution information at a certain time, and the calculated feature amount The feature amount coordinate system specified by using the feature amount is set using the feature amount coordinate system specified by the combination of the feature amounts corresponding to the bright part distribution information at a plurality of different times. A trajectory information generating step for generating trajectory information indicating a trajectory associated with time transition of the point, and a state determining step for determining a state in the tuyere using the generated trajectory information, In the feature amount calculating step, the number-of-elements feature amount characterizing the number of the elements included in the predetermined radial direction range and the radial position feature amount indicating the radial position giving the maximum value of the elements are reduced. When Calculation may be.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、高炉羽口に設けられ、当該高炉羽口での熱放射輝度画像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像されたそれぞれの前記熱放射輝度画像に対して画像処理を実施する演算処理装置と、を備え、前記演算処理装置は、取得されたそれぞれの前記熱放射輝度画像における羽口の輪郭形状に楕円形状をあてはめ、前記輪郭形状に適合する楕円形状を特定する楕円形状特定部と、前記楕円形状特定部により特定された前記楕円形状の楕円パラメータを用いて、それぞれの前記輪郭形状が中心位置一定かつ半径一定の正規化円となるように、前記それぞれの熱放射輝度画像に対して幾何学変換を実施して、正規化画像を生成するとともに、当該正規化画像に対して極座標変換を行う画像変換部と、前記画像変換部により生成された前記極座標変換後の前記正規化画像を二値化して、二値化画像を生成する二値化画像生成部と、生成された前記二値化画像を利用して、当該二値化画像に存在する明部の前記正規化円の径方向での分布を示す明部分布情報を生成する明部分布情報生成部と、を備える高炉羽口状態観察装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, an imaging device that is provided at a blast furnace tuyere and that captures a thermal radiance image at the blast furnace tuyere is captured by the imaging device. An arithmetic processing device that performs image processing on each of the thermal radiance images, and the arithmetic processing device has an elliptical shape in the contour shape of the tuyere in each of the acquired thermal radiance images. The elliptical shape specifying unit that specifies an elliptical shape that fits the contour shape, and the elliptical parameters of the elliptical shape that are specified by the elliptical shape specifying unit, each contour shape has a constant center position and a constant radius. The geometrical transformation is performed on each of the thermal radiance images so as to form a normalized circle, and a normalized image is generated, and polar coordinate transformation is performed on the normalized image. An image conversion unit, a binarized image generation unit that generates a binarized image by binarizing the normalized image after the polar coordinate conversion generated by the image conversion unit, and the generated binarization A blast furnace tuyere state comprising: a bright part distribution information generating unit for generating bright part distribution information indicating a radial distribution of the normalized circle of the bright part existing in the binarized image using the image An observation device is provided.

以上説明したように本発明によれば、羽口の輪郭形状に楕円形状をあてはめ、輪郭形状に適合する楕円形状を特定し、特定された楕円形状の楕円パラメータを用いて、それぞれの輪郭形状が中心位置一定かつ半径一定の正規化円となるようにそれぞれの熱放射輝度画像に対して幾何学変換を実施するため、陽炎による高炉羽口画像の揺らぎに依らずに、高炉羽口近傍の状態をより精度良く観察することが可能となる。   As described above, according to the present invention, an elliptical shape is applied to the contour shape of the tuyere, an elliptical shape that matches the contoured shape is specified, and each contoured shape is determined using the specified elliptical elliptic parameter. Because the geometrical transformation is performed on each thermal radiance image so that the center position is constant and the radius is constant, the state near the blast furnace tuyere is not dependent on the fluctuation of the blast furnace tuyere image due to the heat. Can be observed with higher accuracy.

高炉について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a blast furnace. 本発明の第1の実施形態に係る高炉羽口状態観察装置の構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the blast furnace tuyere state observation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 同実施形態に係る高炉羽口状態観察装置が備える撮像装置について示した説明図である。It is explanatory drawing shown about the imaging device with which the blast furnace tuyere state observation apparatus which concerns on the same embodiment is provided. 同実施形態に係る熱放射輝度画像の例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the example of the thermal radiance luminance image which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る高炉羽口状態観察装置が備える演算処理装置の画像処理部の構成について示したブロック図である。It is the block diagram shown about the structure of the image processing part of the arithmetic processing apparatus with which the blast furnace tuyere state observation apparatus which concerns on the same embodiment is provided. 同実施形態に係る演算処理装置の画像処理部が有する楕円形状特定部の構成について示したブロック図である。It is the block diagram shown about the structure of the ellipse shape specific | specification part which the image processing part of the arithmetic processing apparatus which concerns on the same embodiment has. 同実施形態に係る楕円形状特定処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the ellipse shape specific process which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る楕円形状特定処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the ellipse shape specific process which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る楕円形状特定処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the ellipse shape specific process which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る楕円形状特定処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the ellipse shape specific process which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る楕円形状特定処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the ellipse shape specific process which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る画像変換部について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the image conversion part which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る二値化画像について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the binarized image which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る明部分布情報について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the bright part distribution information which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る明部分布情報について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the bright part distribution information which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る明部分布情報について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the bright part distribution information which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る特徴量算出部について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the feature-value calculation part which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る軌跡情報について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the locus | trajectory information which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る高炉羽口状態の判断方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the judgment method of a blast furnace tuyere state concerning the embodiment. 同実施形態に係る高炉羽口状態観察方法の流れの一例を示した流れ図である。It is the flowchart which showed an example of the flow of the blast furnace tuyere state observation method which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る楕円形状特定方法の流れの一例を示した流れ図である。It is the flowchart which showed an example of the flow of the ellipse shape identification method which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed an example of the hardware constitutions of the arithmetic processing unit which concerns on the same embodiment. 実験例について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an experiment example. 実験例について説明するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating an experiment example. 実験例について説明するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating an experiment example. 実験例について説明するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating an experiment example.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

(高炉内で進行している反応の概略)
まず、図1を参照しながら、本発明の実施形態で着目する高炉について、簡単に説明する。図1は、本発明の実施形態で着目する高炉について説明するための説明図である。
(Outline of the reaction proceeding in the blast furnace)
First, with reference to FIG. 1, the blast furnace to which attention is paid in the embodiment of the present invention will be briefly described. FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a blast furnace to which attention is paid in an embodiment of the present invention.

図1に示したように、高炉は、円筒の徳利形状を有する竪型炉の一種であり、炉の頭頂部(炉頂部)から供給される原料と、炉の下方に設けられた羽口から供給される熱風により生成される還元性ガスとが反応する反応装置として機能する。   As shown in FIG. 1, the blast furnace is a kind of vertical furnace having a cylindrical virtue shape. From a raw material supplied from the top (furnace top) of the furnace and a tuyere provided below the furnace. It functions as a reaction device that reacts with the reducing gas generated by the supplied hot air.

炉頂部から供給される原料としては、主に、鉄鉱石や焼結鉱等の鉄酸化物、コークス、石灰石等がある。鉄鉱石は、高炉における反応で生成される銑鉄の鉄源となるものであり、コークスは、鉄鉱石の還元剤及び原料を溶解するための熱源として機能するだけでなく、高炉内の通気性を保持する役割を有している。また、石灰石は、鉄鉱石の脈石成分と反応して低溶融点を持ち流動性のよいスラグを生成するために添加される媒溶剤として機能する。   Examples of raw materials supplied from the top of the furnace include iron oxides such as iron ore and sintered ore, coke, and limestone. Iron ore is a source of iron for pig iron produced by reactions in the blast furnace, and coke not only functions as a heat source for melting iron ore reducing agent and raw materials, but also provides air permeability in the blast furnace. Have a role to hold. Limestone functions as a solvent added to react with the gangue component of iron ore to produce slag having a low melting point and good fluidity.

高炉の内部では、図1に示したように、鉄鉱石(及び石灰石)からなる層と、コークスからなる層とが交互に積層されている。これらの原料は、図1に示したような積層状態を維持しつつ、炉の下方へと移動していく。   As shown in FIG. 1, layers of iron ore (and limestone) and layers of coke are alternately stacked inside the blast furnace. These raw materials move downward in the furnace while maintaining the laminated state as shown in FIG.

また、図1に示した羽口からは、熱風及びコークスの補完還元剤として機能する微粉炭が供給される。羽口近傍のレースウェイと呼ばれる領域において、供給された熱風により微粉炭やコークスが燃焼によりガス化して、一酸化炭素や水素等からなる高温の還元性ガスが生成される。この高温の還元性ガスは、炉内を移動する上昇気流となって炉頂部へと吹き昇っていく。この還元性ガスにより炉内の鉄鉱石は還元されていき(間接還元)、更に、還元性ガスが有する熱によって固体から液体へと変化する。液体となった鉄分は、コークス層内を滴下しながらコークスの炭素によって更に還元され(直接還元)、炭素を5%程度含む溶銑となる。   In addition, pulverized coal that functions as a supplementary reducing agent for hot air and coke is supplied from the tuyere shown in FIG. In a region called a raceway near the tuyere, pulverized coal and coke are gasified by combustion by the supplied hot air, and a high-temperature reducing gas composed of carbon monoxide, hydrogen, or the like is generated. This high-temperature reducing gas blows up to the top of the furnace as an ascending current that moves in the furnace. The iron ore in the furnace is reduced by this reducing gas (indirect reduction), and further changes from solid to liquid by the heat of the reducing gas. The iron component that has become liquid is further reduced by the carbon of the coke while dropping in the coke layer (direct reduction), and becomes molten iron containing about 5% of carbon.

図1に示した融着帯では、半溶融状態にある鉄分の間に固体コークスがスリット状に存在している部分であり、主にこの融着帯において、上述のような鉄分の相変化が生じている。   The cohesive zone shown in FIG. 1 is a portion where solid coke exists in the form of slits between the iron components in a semi-molten state, and the phase change of iron as described above mainly occurs in this cohesive zone. Has occurred.

このように、高炉という反応装置では、固体、液体、気体が共存して反応が進行している。安定的な操業を行うためには、高炉内で進行している還元反応を予測することが重要である。以下で説明する本発明の実施形態では、高炉内の状況を把握する際の指標として、「生鉱落ち」という現象が発生したか否か、及び、「微粉炭膨張」という現象が発生したか否か、という少なくとも2つの指標に着目する。   Thus, in a reactor called a blast furnace, the reaction proceeds in the presence of solid, liquid, and gas. In order to perform stable operation, it is important to predict the reduction reaction that is proceeding in the blast furnace. In the embodiment of the present invention described below, as an index for grasping the situation in the blast furnace, whether or not the phenomenon of “Ore fallen” has occurred and whether or not the phenomenon of “pulverized coal expansion” has occurred Attention is focused on at least two indicators of whether or not.

「生鉱落ち」とは、未溶融の鉱石が落下する現象であり、このような現象が発生するということは、高炉内の熱量が不足していることを意味する。そのため、生鉱落ちが発生した場合には、コークス量を増加するなどといった、炉内の熱量を増加させるための処置が必要となる。   “Occurrence of raw ore” is a phenomenon in which unmelted ore falls, and the occurrence of such a phenomenon means that the amount of heat in the blast furnace is insufficient. Therefore, when a raw ore drop occurs, it is necessary to take measures to increase the amount of heat in the furnace, such as increasing the amount of coke.

「微粉炭膨張」とは、羽口を撮像した撮像画像において、通常ノズル先端の画像1/3程度を占めている未燃焼微粉炭の像が急拡大する現象である。このような現象の発生は、レースウェイの形状が好ましい形状から変化していることを示唆するものであるため、レースウェイの形状を良好な状態にするための処置が必要となる。   “Pulverized coal expansion” is a phenomenon in which an image of unburned pulverized coal that normally occupies about 1/3 of an image of the tip of a nozzle in a captured image obtained by imaging a tuyere rapidly expands. The occurrence of such a phenomenon suggests that the shape of the raceway has changed from a preferable shape, and therefore, a measure for making the shape of the raceway in a good state is necessary.

(高炉羽口状態観察装置について)
まず、図2を参照しながら、本発明の実施形態に係る高炉羽口状態観察装置10について、詳細に説明する。
(About blast furnace tuyere state observation equipment)
First, the blast furnace tuyere state observation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

本実施形態に係る高炉羽口状態観察装置10は、図2に示したように、撮像装置100及び演算処理装置200を備える。   As shown in FIG. 2, the blast furnace tuyere state observation device 10 according to the present embodiment includes an imaging device 100 and an arithmetic processing device 200.

<撮像装置について>
撮像装置100は、羽口の熱放射輝度の分布状況を撮像して、熱放射輝度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チャンネルの輝度画像を生成すればよい。すなわち、輝度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。
<About the imaging device>
The imaging device 100 is a device that captures the distribution of thermal radiance at the tuyere and generates a thermal radiance image. The imaging apparatus 100 includes various optical elements such as a lens and an imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Here, the imaging apparatus 100 according to the present embodiment may be capable of generating a still image or may be capable of generating a moving image. Further, the imaging apparatus 100 according to the present embodiment may be capable of capturing a monochrome image or may be capable of capturing a color image. Note that when an imaging device capable of capturing a color image is used, a one-channel luminance image may be generated. That is, as the luminance image generating means, only one of R, G, and B among the RGB components may be used, or conversion from the RGB color space to the YCbCr color space is performed, and only the Y component is used. May be used.

撮像装置100は、後述する演算処理装置200により制御されており、所定のフレームレート毎に、演算処理装置200から撮像のためのトリガ信号が出力される。撮像装置100は、演算処理装置200から出力されたトリガ信号に応じて、羽口からの熱放射を撮像し、生成した熱放射輝度画像を演算処理装置200に出力する。   The imaging device 100 is controlled by an arithmetic processing device 200 described later, and a trigger signal for imaging is output from the arithmetic processing device 200 at every predetermined frame rate. The imaging device 100 captures thermal radiation from the tuyere in response to the trigger signal output from the arithmetic processing device 200 and outputs the generated thermal radiance image to the arithmetic processing device 200.

図3は、本実施形態に係る撮像装置100の設置状態を説明するための説明図であり、図4は、本実施形態に係る熱放射輝度画像の例を示した説明図である。高炉は、耐熱レンガによって覆われているが、図3に示したように、羽口近傍には、PCランスによって微粉炭が供給されるとともに、1200℃程度の熱風が供給されている。羽口から約1mの範囲にはレースウェイが形成されており、このレースウェイでは、微粉炭やコークス等の燃焼により、2000℃以上の高温となっている。   FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an installation state of the imaging apparatus 100 according to the present embodiment, and FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a thermal radiance image according to the present embodiment. Although the blast furnace is covered with heat-resistant bricks, as shown in FIG. 3, pulverized coal is supplied near the tuyere by a PC lance and hot air of about 1200 ° C. is supplied. A raceway is formed in a range of about 1 m from the tuyere, and in this raceway, the temperature is higher than 2000 ° C. due to combustion of pulverized coal, coke and the like.

本実施形態に係る撮像装置100は、羽口の状態を観察するための観察窓に設置されており、羽口近傍のレースウェイからの熱放射を撮像して熱放射輝度画像とする。羽口は、通常、円形状であるが、撮像装置100は、羽口を斜め上から見下ろすように撮像するため、撮像される熱放射輝度画像の羽口形状は、図4左上に示したように、略楕円形状となる。   The imaging apparatus 100 according to the present embodiment is installed in an observation window for observing the state of the tuyere, and images thermal radiation from the raceway near the tuyere to obtain a thermal radiance image. The tuyere is usually circular, but the imaging device 100 takes an image so that the tuyere is looked down obliquely from above, so the tuyere shape of the captured thermal radiance image is as shown in the upper left of FIG. Moreover, it becomes a substantially elliptical shape.

撮像装置100は、高炉の操業状態が良好と判断されている際に、予め撮像視野やピント等が調整されており、適切な撮像処理が行われるようになっている。高炉羽口の状態が良好である場合には、図4右上に示したように、視野の中にPCランスの先端部が写りこむとともに、PCランスの先端から供給される微粉炭が、視野の1/3程を占有することとなる。また、PCランス及び微粉炭以外の領域は、レースウェイの温度に起因する熱放射が写りこむこととなる。   When it is determined that the operating state of the blast furnace is good, the imaging device 100 has an imaging field of view, a focus, and the like adjusted in advance, and appropriate imaging processing is performed. When the blast furnace tuyere is in good condition, as shown in the upper right of FIG. 4, the tip of the PC lance is reflected in the field of view, and the pulverized coal supplied from the tip of the PC lance is It will occupy about 1/3. Further, in areas other than the PC lance and pulverized coal, heat radiation caused by the raceway temperature is reflected.

生鉱落ちが発生した際には、図4左下に模式的に示したように落下した鉱石が写りこむこととなるため、視野全体が一時的に暗くなって、熱放射輝度が低下する。また、微粉炭膨張が発生した場合には、図4右下に模式的に示したように、微粉炭の占める領域が視野の右下から左上に向かって急激に膨張し、その後図4右上に示したような状態へと回復するという、特徴的なパターンが観測される。   When a raw ore drop occurs, as shown schematically in the lower left of FIG. 4, the ore that falls is reflected, so that the entire field of view temporarily becomes dark and the thermal radiance decreases. Further, when pulverized coal expansion occurs, as schematically shown in the lower right of FIG. 4, the area occupied by the pulverized coal rapidly expands from the lower right to the upper left of the field of view, and then in the upper right of FIG. A characteristic pattern of recovery to the state shown is observed.

以上、図4を参照しながら、本実施形態に係る熱放射輝度画像の例について、具体的に説明した。   The example of the thermal radiance image according to the present embodiment has been specifically described above with reference to FIG.

<演算処理装置の全体構成について>
続いて、再び図2に戻って、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。
<Overall configuration of arithmetic processing unit>
Next, returning to FIG. 2 again, the overall configuration of the arithmetic processing apparatus 200 according to the present embodiment will be described.

本実施形態に係る演算処理装置200は、撮像装置100により撮像された熱放射輝度画像に対して画像処理を実施して、後述する明部分布情報を生成する。また、演算処理装置200は、生成した明部分布情報に基づいて、羽口の状態(すなわち、生鉱落ちや微粉炭膨張の発生)を判断することも可能である。   The arithmetic processing device 200 according to the present embodiment performs image processing on the thermal radiance image captured by the imaging device 100 to generate bright part distribution information described later. Moreover, the arithmetic processing unit 200 can also determine the state of the tuyere (that is, the occurrence of raw mining or pulverized coal expansion) based on the generated bright part distribution information.

この演算処理装置200は、図2に示したように、撮像制御部201と、画像処理部203と、表示制御部205と、記憶部207と、を主に備える。   As illustrated in FIG. 2, the arithmetic processing device 200 mainly includes an imaging control unit 201, an image processing unit 203, a display control unit 205, and a storage unit 207.

撮像制御部201は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信装置等により実現される。撮像制御部201は、本実施形態に係る撮像装置100による羽口の撮像制御を実施する。より詳細には、撮像制御部201は、羽口の熱放射輝度画像の撮像を開始する場合に、撮像装置100に対して撮像を開始させるための制御信号を送出する。   The imaging control unit 201 is realized by a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a communication device, and the like. The imaging control unit 201 performs tuyere imaging control by the imaging apparatus 100 according to the present embodiment. More specifically, the imaging control unit 201 sends a control signal for starting imaging to the imaging apparatus 100 when imaging of the thermal radiance image of the tuyere is started.

画像処理部203は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。画像処理部203は、撮像装置100から取得した熱放射輝度画像の撮像データに対して、以下で説明するような画像処理を行い、後述する明部分布情報を生成する。また、画像処理部203は、生成した明部分布情報に基づいて、生鉱落ちや微粉炭膨張等が発生したか否かを判断する。画像処理部203は、生成した明部分布情報や、生鉱落ちや微粉炭膨張等の判断結果に関する情報を、表示制御部205に伝送する。   The image processing unit 203 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like. The image processing unit 203 performs image processing as described below on the imaging data of the thermal radiance image acquired from the imaging device 100, and generates bright part distribution information described later. Further, the image processing unit 203 determines whether or not a raw mineral drop or pulverized coal expansion has occurred based on the generated bright part distribution information. The image processing unit 203 transmits the generated bright part distribution information and information related to the determination result such as raw mining loss and pulverized coal expansion to the display control unit 205.

なお、この画像処理部203については、以下で改めて詳細に説明する。   The image processing unit 203 will be described in detail later again.

表示制御部205は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置等により実現される。表示制御部205は、画像処理部203から伝送された、明部分布情報や、生鉱落ち/微粉炭膨張の判断結果を、演算処理装置200が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置200の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、高炉羽口状態観察装置10の利用者は、明部分布情報や高炉羽口の状態に関する情報を、その場で把握することが可能となる。   The display control unit 205 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, and the like. The display control unit 205 outputs the bright part distribution information and the determination result of the raw mine dropping / pulverized coal expansion transmitted from the image processing unit 203 to an output device such as a display provided in the arithmetic processing device 200 or the arithmetic processing device 200. Display control when displaying on an external output device or the like is performed. Thereby, the user of the blast furnace tuyere state observation apparatus 10 can grasp the bright part distribution information and information on the state of the blast furnace tuyere on the spot.

記憶部207は、例えば本実施形態に係る演算処理装置200が備えるRAMやストレージ装置等により実現される。記憶部207には、本実施形態に係る演算処理装置200が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部207は、撮像制御部201、画像処理部203、表示制御部205等が、自由に読み書きを行うことが可能である。   The storage unit 207 is realized by, for example, a RAM or a storage device included in the arithmetic processing device 200 according to the present embodiment. The storage unit 207 stores various parameters, intermediate progress of processing, and various databases and programs that need to be saved when the arithmetic processing apparatus 200 according to the present embodiment performs some processing, as appropriate. To be recorded. The storage unit 207 can be freely read and written by the imaging control unit 201, the image processing unit 203, the display control unit 205, and the like.

[画像処理部について]
続いて、図5〜図18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5は、本実施形態に係る高炉羽口状態観察装置が備える演算処理装置の画像処理部の構成について示したブロック図であり、図6は、本実施形態に係る演算処理装置の画像処理部が有する楕円形状特定部の構成について示したブロック図である。図7A〜図10は、本実施形態に係る楕円形状特定処理を説明するための説明図である。図11は、本実施形態に係る画像変換部について説明するための説明図であり、図12は、本実施形態に係る二値化画像について説明するための説明図である。図13〜図15は、本実施形態に係る明部分布情報について説明するための説明図である。図16は、本実施形態に係る特徴量算出部について説明するための説明図であり、図17は、本実施形態に係る軌跡情報について説明するための説明図であり、図18は、本実施形態に係る高炉羽口状態の判断方法について説明するための説明図である。
[About image processing unit]
Next, the image processing unit 203 included in the arithmetic processing apparatus 200 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of the image processing unit of the arithmetic processing device included in the blast furnace tuyere state observation device according to the present embodiment, and FIG. 6 is the image processing unit of the arithmetic processing device according to the present embodiment. It is the block diagram shown about the structure of the ellipse shape specific | specification part which has. FIG. 7A to FIG. 10 are explanatory diagrams for explaining the elliptical shape specifying process according to the present embodiment. FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining an image conversion unit according to the present embodiment, and FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a binarized image according to the present embodiment. 13 to 15 are explanatory diagrams for explaining the bright portion distribution information according to the present embodiment. FIG. 16 is an explanatory diagram for describing the feature amount calculation unit according to the present embodiment, FIG. 17 is an explanatory diagram for describing the trajectory information according to the present embodiment, and FIG. 18 is the present embodiment. It is explanatory drawing for demonstrating the judgment method of the blast furnace tuyere state which concerns on a form.

本実施形態に係る演算処理装置200は、図5に示したように、楕円形状特定部211と、画像変換部213と、指標算出部215と、を主に備える。また、指標算出部215は、図5に示したように、二値化画像生成部217と、明部分布情報生成部219と、特徴量算出部221と、軌跡情報生成部223と、状態判断部225と、を有している。   As illustrated in FIG. 5, the arithmetic processing device 200 according to the present embodiment mainly includes an elliptical shape specifying unit 211, an image conversion unit 213, and an index calculation unit 215. Further, as shown in FIG. 5, the index calculation unit 215 includes a binarized image generation unit 217, a bright part distribution information generation unit 219, a feature amount calculation unit 221, a trajectory information generation unit 223, and a state determination. Part 225.

○楕円形状特定部211
楕円形状特定部211は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。楕円形状特定部211は、撮像装置100により取得されたそれぞれの熱放射輝度画像における羽口の輪郭形状に楕円形状をあてはめ、輪郭形状に適合する楕円形状を特定する。
○ Oval shape specifying part 211
The elliptical shape specifying unit 211 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The elliptical shape specifying unit 211 applies an elliptical shape to the contour shape of the tuyere in each thermal radiance image acquired by the imaging device 100, and specifies an elliptical shape that matches the contour shape.

この楕円形状特定部211は、図6に示したように、飽和処理部231と、輪郭抽出部233と、形状算出部235と、を有している。   As shown in FIG. 6, the elliptical shape specifying unit 211 includes a saturation processing unit 231, a contour extraction unit 233, and a shape calculation unit 235.

飽和処理部231は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。飽和処理部231は、撮像装置100によって生成された熱放射輝度画像に対して、図7Aに示すような飽和処理又は図7Bに示すような二値化処理を実施して、熱放射輝度画像の輝度値の勾配が一定となるようにする。   The saturation processing unit 231 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The saturation processing unit 231 performs a saturation process as illustrated in FIG. 7A or a binarization process as illustrated in FIG. 7B on the thermal radiance image generated by the imaging apparatus 100, and the thermal radiance image The gradient of the luminance value is made constant.

生成された熱放射輝度画像をそのまま後段の画像処理に利用する際、高炉内で「生鉱落ち」が発生していた場合には、熱放射輝度画像において輝度値の勾配が小さくなり、輪郭が不明確になってしまうことが多い。以下で説明するように、楕円形状特定部211による楕円形状の特定処理では熱放射輝度画像に対して微分処理を施すが、輝度値の勾配が小さい場合には、微分値が小さくなり処理が正しく行われない可能性がある。そこで、飽和処理部231は、熱放射輝度画像に対して、以下で説明するような飽和処理又は二値化処理を施して、後段の微分処理による出力値が安定するようにする。   When the generated thermal radiance image is used as it is for subsequent image processing, if a “green ore drop” has occurred in the blast furnace, the gradient of the luminance value in the thermal radiance image is reduced and the contour is It is often unclear. As will be described below, in the elliptical shape specifying process by the elliptical shape specifying unit 211, a differential process is performed on the thermal radiance image. However, if the gradient of the luminance value is small, the differential value is small and the process is correct. May not be done. Therefore, the saturation processing unit 231 performs a saturation process or a binarization process as described below on the thermal radiance image so that the output value by the subsequent differentiation process is stabilized.

図7Aは、飽和処理部231が飽和処理を実施する場合における、入力輝度値と出力輝度値との関係を模式的に示したグラフ図である。図7Aに示したような飽和処理の場合、飽和処理部231は、処理対象とする熱放射輝度画像の画素値(すなわち、入力輝度値)を参照し、着目している画素の輝度値が輝度値Th未満である場合には、入力輝度値に比例する出力輝度値を、着目している画素の輝度値として対応付ける。また、着目している画素の輝度値が輝度値Th以上である場合には、飽和処理部231は、出力輝度値の値を、入力輝度値の大きさによらず、ある一定の値(以下、飽和値ともいう。)に対応付ける。この飽和値は、熱放射輝度画像において、羽口ではない部分(例えば、図4に模式的に示した熱放射輝度画像のうち、撮像視野の端部等)の輝度値よりも大きい値に設定し、羽口部分の輪郭が明確にわかるようにする。その結果、熱放射輝度画像において、高炉内の空間を撮像している領域が例えば白抜きで表わされるようになり、羽口部分の輪郭が明確化される。   FIG. 7A is a graph schematically showing the relationship between the input luminance value and the output luminance value when the saturation processing unit 231 performs the saturation processing. In the saturation processing as shown in FIG. 7A, the saturation processing unit 231 refers to the pixel value (that is, the input luminance value) of the thermal radiance image to be processed, and the luminance value of the pixel of interest is the luminance. When it is less than the value Th, the output luminance value proportional to the input luminance value is associated as the luminance value of the pixel of interest. When the luminance value of the pixel of interest is equal to or higher than the luminance value Th, the saturation processing unit 231 sets the output luminance value to a certain value (hereinafter referred to as “input luminance value”). , Also referred to as saturation value). This saturation value is set to a value larger than the luminance value of the portion that is not the tuyere (for example, the end of the imaging field in the thermal radiance image schematically shown in FIG. 4) in the thermal radiance image. And make the outline of the tuyere clear. As a result, in the thermal radiance image, the region in which the space in the blast furnace is imaged is represented, for example, as white, and the outline of the tuyere portion is clarified.

図7Bは、飽和処理部231が二値化処理を実施する場合における、入力輝度値と出力輝度値との関係を模式的に示したグラフ図である。図7Bに示したような二値化処理の場合、飽和処理部231は、処理対象とする熱放射輝度画像の画素値を参照し、着目している画素の輝度値が輝度値Th未満である場合には出力輝度値の値をゼロとする。また、着目している画素の輝度値が輝度値Th以上である場合には、飽和処理部231は、出力輝度値の値を、入力輝度値の大きさによらず、ある一定の飽和値となるようにする。   FIG. 7B is a graph schematically illustrating the relationship between the input luminance value and the output luminance value when the saturation processing unit 231 performs binarization processing. In the case of the binarization process as illustrated in FIG. 7B, the saturation processing unit 231 refers to the pixel value of the thermal radiance image to be processed, and the luminance value of the pixel of interest is less than the luminance value Th. In this case, the output luminance value is set to zero. When the luminance value of the pixel of interest is equal to or higher than the luminance value Th, the saturation processing unit 231 sets the output luminance value to a certain saturated value regardless of the magnitude of the input luminance value. To be.

飽和処理部231は、熱放射輝度画像に対して上記のような飽和処理又は二値化処理を実施すると、得られた処理後の熱放射輝度画像のデータを、後述する輪郭抽出部233に出力する。   When the saturation processing unit 231 performs the saturation processing or the binarization processing on the thermal radiance image, the saturation processing unit 231 outputs the obtained data of the processed thermal radiance image to the contour extraction unit 233 described later. To do.

輪郭抽出部233は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。輪郭抽出部233は、飽和処理部231から出力された熱放射輝度画像を利用して、かかる熱放射輝度画像の中から羽口の輪郭を抽出し、輪郭部分の強度(画像輝度値)が強調された輪郭強度画像を生成する。   The contour extraction unit 233 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The contour extraction unit 233 uses the thermal radiance image output from the saturation processing unit 231 to extract the tuyere contour from the thermal radiance image, and emphasizes the strength (image luminance value) of the contour part. Generated contour intensity image.

より詳細には、輪郭抽出部233は、熱放射輝度画像を画像水平方向及び画像垂直方向にそれぞれ微分することで2種類の微分画像を生成し、得られた2種類の微分画像をそれぞれ2乗した後に足し合わせることで、羽口の輪郭部分について強度が大きくなる輪郭強度画像を生成する。ここで、かかる微分画像の生成に先立ち、輪郭抽出部233は、熱放射輝度画像に対して2次元ガウスフィルタ処理を施して、輪郭をぼかすことが好ましい。これにより、輪郭線を太線化することが可能となり、後述する形状算出部235における輪郭に対応する楕円形状の探索処理を、より容易なものとすることができる。   More specifically, the contour extraction unit 233 generates two types of differential images by differentiating the thermal radiance image in the image horizontal direction and the image vertical direction, respectively, and squares the obtained two types of differential images, respectively. Then, by adding together, a contour strength image in which the strength of the contour portion of the tuyere is increased is generated. Here, prior to the generation of the differential image, the contour extraction unit 233 preferably performs a two-dimensional Gaussian filter process on the thermal radiance image to blur the contour. As a result, the contour line can be thickened, and the elliptical shape search process corresponding to the contour in the shape calculation unit 235 described later can be made easier.

以下、図8を参照しながら、輪郭抽出部233における輪郭抽出処理について、具体的に説明する。   Hereinafter, the contour extraction processing in the contour extraction unit 233 will be specifically described with reference to FIG.

いま、図8左端に示したような熱放射輝度画像が、飽和処理部231から出力されたものとする。ここで、熱放射輝度画像の画像垂直方向を便宜的にX軸方向とし、画像水平方向を便宜的にY軸方向とする。輪郭抽出部233は、かかる熱放射輝度画像に対して、まず、ガウスフィルタ(カーネル関数として、exp{−(x+y)/σ}で表わされる2次元ガウス関数を用いたフィルタ)を作用させて、輪郭ぼかし処理を実施する。これにより、図8中に示したように、熱放射輝度画像を全体にわたってぼかすことが可能となり、羽口形状の外形に対応する輪郭線を太くすることができる。 Now, it is assumed that the thermal radiance image as shown at the left end of FIG. 8 is output from the saturation processing unit 231. Here, the image vertical direction of the thermal radiance image is referred to as the X-axis direction for convenience, and the image horizontal direction is referred to as the Y-axis direction for convenience. The contour extraction unit 233 first applies a Gaussian filter (filter using a two-dimensional Gaussian function represented by exp {− (x 2 + y 2 ) / σ 2 } as a kernel function) to the thermal radiance image. The contour blurring process is performed by acting. As a result, as shown in FIG. 8, the thermal radiance image can be blurred over the whole, and the contour line corresponding to the tuyere-shaped outer shape can be thickened.

ここで、2次元ガウス関数の広がりを規定するパラメータ(換言すれば、太線化後の輪郭線の太さを示すパラメータ)σは、後述する形状算出部235における最適化計算が機能するとともに、太くなった輪郭線が画像からはみ出さない程度となるような値に設定される。かかる値は特に限定されるものではなく、後述する最適化計算に求める精度や、熱放射輝度画像の画像サイズ等に応じて適宜設定すればよいが、例えば、σ=10pixel程度の値に設定することができる。   Here, the parameter stipulating the spread of the two-dimensional Gaussian function (in other words, the parameter indicating the thickness of the contour line after thickening) σ is thicker as the optimization calculation in the shape calculation unit 235 described later functions. The value is set such that the contour line thus formed does not protrude from the image. Such a value is not particularly limited, and may be appropriately set according to the accuracy required for the optimization calculation described later, the image size of the thermal radiance image, and the like. For example, the value is set to about σ = 10 pixels. be able to.

次に、輪郭抽出部233は、フィルタ処理後の熱放射輝度画像に対してX方向の微分処理を施して、X方向の微分画像を生成するとともに、フィルタ処理後の熱放射輝度画像に対してY方向の微分処理を施して、Y方向の微分画像を生成する。これにより、図8に示したように、1つの熱放射輝度画像から2種類の微分画像が生成されることとなる。なお、図8に示した微分画像では、輝度値=0となる部分を灰色で表示するとともに、輝度値>0となる部分を白色で表示し、輝度値<0となる部分を黒色で表示している。かかる微分画像により、フィルタ処理後の熱放射輝度画像におけるX方向のエッジ部分とY方向のエッジ部分とが検出されることとなる。   Next, the contour extraction unit 233 performs differential processing in the X direction on the thermal radiance image after filtering to generate a differential image in the X direction, and for the thermal radiance image after filtering. Y-direction differential processing is performed to generate a Y-direction differential image. As a result, as shown in FIG. 8, two types of differential images are generated from one thermal radiance image. In the differential image shown in FIG. 8, the portion where the luminance value = 0 is displayed in gray, the portion where the luminance value> 0 is displayed in white, and the portion where the luminance value <0 is displayed in black. ing. With this differential image, an edge portion in the X direction and an edge portion in the Y direction in the thermal radiance image after the filter processing are detected.

続いて、輪郭抽出部233は、2種類の微分画像のそれぞれを2乗した上で足し合わせ、輪郭強度画像とする。これにより、図8右端に示したように、羽口形状の輪郭線に対応する画素の強度が強調された、輪郭強度画像が生成されることとなる。なお、図8では、輪郭線に対応する画素の輝度値が1となり、輪郭線以外の画素の輝度値が0となるように正規化したものを示している。   Subsequently, the contour extracting unit 233 adds each of the two types of differential images to the square and adds them to obtain a contour strength image. As a result, as shown at the right end of FIG. 8, a contour strength image is generated in which the strength of the pixel corresponding to the tuyere-shaped contour line is enhanced. Note that FIG. 8 shows a normalized pixel in which the luminance value of the pixel corresponding to the contour line is 1 and the luminance value of the pixels other than the contour line is 0.

輪郭抽出部233は、このようにして生成された輪郭強度画像を、形状算出部235に出力する。   The contour extraction unit 233 outputs the contour strength image generated in this way to the shape calculation unit 235.

形状算出部235は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。形状算出部235は、輪郭抽出部233により生成された輪郭強度画像を利用して、羽口の輪郭形状にあてはめられた楕円形状を表わす楕円パラメータを算出する。   The shape calculation unit 235 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The shape calculation unit 235 uses the contour strength image generated by the contour extraction unit 233 to calculate an ellipse parameter representing an elliptical shape fitted to the tuyere contour shape.

より詳細には、形状算出部235は、輪郭強度画像で表わされる輪郭線に最も当てはまるような楕円形状の楕円パラメータ(楕円中心位置、楕円長軸及び楕円短軸の大きさ)を探索する。かかる探索では、図9左図に模式的に示したように、羽口形状の外側を囲む楕円を初期値である初期楕円とした上で、徐々に楕円を縮めていく。その後、楕円が輪郭強度画像で表わされる輪郭線に接したときに、かかる探索処理は終了する。   More specifically, the shape calculation unit 235 searches for an elliptical elliptical parameter (ellipse center position, elliptical long axis, and elliptical short axis size) that best fits the contour line represented by the contour strength image. In such a search, as schematically shown in the left diagram of FIG. 9, an ellipse that surrounds the outside of the tuyere shape is set as an initial ellipse that is an initial value, and then the ellipse is gradually contracted. After that, when the ellipse touches the contour line represented by the contour strength image, the search process ends.

このような探索処理を実現するために、形状算出部235は、着目する輪郭強度画像について、あてはめる楕円形状の弧上に位置する輪郭強度の線積分を含む、以下の式101で表わされる評価関数Eを規定する。そして、形状算出部235は、「評価関数Eの極大値を与える楕円形状を探索する」という最適化問題を勾配法で求解し、得られた解に対応する楕円形状を、羽口の輪郭形状に適合する楕円形状とする。   In order to realize such a search process, the shape calculation unit 235 includes an evaluation function represented by the following expression 101 including a line integral of the contour strength positioned on the elliptical arc to be applied to the target contour strength image. E is specified. Then, the shape calculation unit 235 solves the optimization problem “search for an elliptical shape that gives the maximum value of the evaluation function E” by the gradient method, and obtains the elliptical shape corresponding to the obtained solution as the contour shape of the tuyere An elliptical shape that conforms to

ここで、上記式101において、積分記号は楕円パラメータによって定まる楕円の弧上の線積分であり、
E:極大値を求める評価関数
:あてはめる楕円形状の弧上に位置する輪郭強度(輝度値)の総和
K:楕円形状を縮める向きの力と輪郭線への引力のバランスを決める定数
である。
Here, in Equation 101 above, the integral symbol is a line integral on the arc of the ellipse determined by the ellipse parameters,
E: Evaluation function for obtaining a maximum value I e : Sum of contour strengths (luminance values) located on an elliptical arc to be fitted K: Constant for determining the balance between the force to reduce the elliptical shape and the attractive force to the contour line .

上記式101の右辺第1項は、楕円の弧に沿った輪郭強度画像の輝度の総和を定数倍したものであり、右辺第1項の値が大きくなるということは、楕円弧が輪郭と一致していることを示す。右辺第2項は、−1を線積分していることから楕円の弧長の符号をマイナスにしたものであり、第2項の値が大きくなる、すなわち第2項の絶対値が小さくなることは、楕円が縮むことに対応する。定数Kは、楕円形状の弧長と、輪郭強度画像の輝度値とに依存するため、過去の操業データ等を利用した事前の検証により、実験的に定めることが好ましい。具体的な定数Kの値は、特に限定するものではないが、K=20と設定することができる。   The first term on the right side of the above equation 101 is obtained by multiplying the sum of the brightness of the contour intensity image along the arc of the ellipse by a constant, and the value of the first term on the right side increases, which means that the ellipse arc matches the contour. Indicates that The second term on the right-hand side is one in which the sign of the arc length of the ellipse is minus because -1 is linearly integrated, and the value of the second term increases, that is, the absolute value of the second term decreases. Corresponds to the contraction of the ellipse. Since the constant K depends on the arc length of the ellipse and the brightness value of the contour intensity image, it is preferable to experimentally determine the constant K by prior verification using past operation data or the like. The specific value of the constant K is not particularly limited, but can be set to K = 20.

ここで、輪郭線に対する楕円形状のフィッティングという目的からは、上記式101の右辺第1項だけでも良いように思われるかもしれない。しかしながら、最適化問題の初期値として、図9左図に示したような大きめの楕円を設定するため、上記式101の右辺第1項のみで規定される線積分の値を目的関数とした場合、図9右図に模式的に示したように、初期値近傍での目的関数の勾配が小さくなったり、時にはゼロとなったりする。その結果、右辺第1項のみを目的関数とした場合、勾配法では極大値探索を開始することができない。そこで、本実施形態では、楕円が縮む向きに勾配法の駆動力を与える目的で、上記式101の右辺第2項を加える。これにより、図10に模式的に示したように、初期値近傍でも目的関数(すなわち、評価関数E)の勾配が大きくなり、勾配法による極大値探索を行うことが可能となる。   Here, for the purpose of fitting an elliptical shape to the contour line, it may seem that only the first term on the right side of the equation 101 is sufficient. However, when a large ellipse as shown in the left diagram of FIG. 9 is set as the initial value of the optimization problem, the value of the line integral defined only by the first term on the right side of the above equation 101 is used as the objective function. As schematically shown in the right diagram of FIG. 9, the gradient of the objective function in the vicinity of the initial value becomes small or sometimes becomes zero. As a result, when only the first term on the right side is the objective function, the search for the maximum value cannot be started by the gradient method. Therefore, in the present embodiment, the second term on the right side of the equation 101 is added for the purpose of giving the gradient method driving force in the direction in which the ellipse contracts. As a result, as schematically shown in FIG. 10, the gradient of the objective function (that is, the evaluation function E) becomes large even in the vicinity of the initial value, and the local maximum search by the gradient method can be performed.

また、最適化問題を解くにあたっては、十分に小さい楕円から開始して、徐々に楕円を大きくしていく方向(図9右図において、グラフ左端から探索を開始する方向)も考えられる。しかしながら、図4や図8左図に示したように、本実施形態に係る羽口の輪郭形状は、2つの領域に分裂しているため、最適化問題を求解した結果、図9左図に示したような別の局所解が得られてしまう場合も考えられる。従って、本実施形態では、過去の実績データから確実に羽口の輪郭形状の外側となるような楕円パラメータから探索を開始し、楕円を縮めていきながら最初の局所解を求めるという方針を採用する。   Further, when solving the optimization problem, it is possible to start from a sufficiently small ellipse and gradually increase the size of the ellipse (the direction in which the search starts from the left end of the graph in the right diagram of FIG. 9). However, as shown in FIG. 4 and FIG. 8 left figure, the tuyere contour shape according to this embodiment is divided into two regions. Another local solution as shown may be obtained. Therefore, in this embodiment, a policy is adopted in which a search is started from an ellipse parameter that is surely outside the outline shape of the tuyere from past performance data, and the first local solution is obtained while the ellipse is contracted. .

なお、最適化問題の解法として利用される勾配法の詳細については特に限定されるものではなく、例えば非特許文献「最適化の手法」(茨木俊秀、福島雅夫著、共立出版、109ページ)に記載されているような、公知のものを用いることができる。   The details of the gradient method used as a solution for the optimization problem are not particularly limited. For example, the non-patent document “Optimization Method” (Toshihide Ibaraki, Masao Fukushima, Kyoritsu Shuppan, page 109) Known ones can be used as described.

形状算出部235は、上記のような手法により、評価関数Eの極大値を与える楕円形状を特定し、特定した楕円形状の中心位置(X,Y)と、楕円長軸の大きさ2aと、楕円短軸の大きさ2bと、を算出する。形状算出部235は、それぞれの輪郭強度画像について、上記のような楕円パラメータ(中心位置、楕円直軸及び楕円短軸の大きさ)を算出すると、得られた楕円パラメータを、後述する画像変換部213へと出力する。 The shape calculation unit 235 identifies the elliptical shape that gives the maximum value of the evaluation function E by the above-described method, the identified elliptical center position (X C , Y C ), and the elliptical long axis size 2a. And the size 2b of the elliptical minor axis are calculated. When the shape calculation unit 235 calculates the above ellipse parameters (the size of the center position, the ellipse straight axis, and the ellipse minor axis) for each contour strength image, the obtained ellipse parameter is converted into an image conversion unit described later. To 213.

ここで、形状算出部235は、上記手法に利用する羽口形状の外側を囲む楕円(初期楕円)を、過去の操業データを利用した事前の検証によって決定する固定値として、記憶部207等に格納しておく。その上で、形状算出部235は、(A)最初のフレームとして取得した熱放射輝度画像に対して最初に最適化問題を解く場合の最適化初期値、及び、(B)最適化問題における最適化処理が収束せずに失敗し、図9に示した「求めたい解」に対応する楕円形状を求められなかった場合における次回の最適化処理の初期値を、予め規定した固定値(すなわち、予め規定した楕円形状)に設定する。   Here, the shape calculation unit 235 stores the ellipse surrounding the outer side of the tuyere shape used in the above method (initial ellipse) as a fixed value determined by prior verification using past operation data in the storage unit 207 or the like. Store it. In addition, the shape calculation unit 235 includes (A) an optimization initial value when the optimization problem is first solved for the thermal radiance image acquired as the first frame, and (B) an optimization in the optimization problem. The initial value of the next optimization process when the optimization process fails without convergence and the elliptical shape corresponding to the “solution to be obtained” shown in FIG. A predetermined elliptical shape).

また、形状算出部235は、上記(A)及び(B)以外の最適化処理時には、前回の最適化処理の解である楕円形状の長軸方向長さ及び短軸方向長さを定数倍拡大したもの(例えば、1.05〜1.10倍したもの)を、初期値とする。これにより、極大値を与える楕円形状の探索回数を減らすことができ、楕円形状を算出する際の演算負荷を削減することができる。   In addition, during the optimization process other than the above (A) and (B), the shape calculation unit 235 expands the major axis direction length and the minor axis direction length of the elliptical shape, which is the solution of the previous optimization process, by a constant multiple. The obtained value (for example, 1.05 to 1.10 times) is set as the initial value. As a result, the number of searches for an elliptical shape that gives a maximum value can be reduced, and the calculation load when calculating the elliptical shape can be reduced.

以上、図6〜図10を参照しながら、本実施形態に係る画像処理部203が備える楕円形状特定部211の構成について、詳細に説明した。   The configuration of the elliptical shape specifying unit 211 included in the image processing unit 203 according to the present embodiment has been described in detail above with reference to FIGS.

○画像変換部213
再び図5に戻って、本実施形態に係る画像処理部203が備える画像変換部213について説明する。
画像変換部213は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。画像変換部213は、楕円形状特定部211が特定した楕円形状の楕円パラメータを用いて、それぞれの輪郭形状が中心位置一定かつ半径一定の正規化円となるように、それぞれの熱放射輝度画像に対して幾何学変換を実施して、正規化画像を生成する。その後、画像変換部213は、生成した正規化画像に対して、極座標変換を実施する。以下、画像変換部213が実施する画像変換処理について、詳細に説明する。
○ Image conversion unit 213
Returning to FIG. 5 again, the image conversion unit 213 included in the image processing unit 203 according to the present embodiment will be described.
The image conversion unit 213 is realized by a CPU, a ROM, a RAM, and the like, for example. The image conversion unit 213 uses the elliptic parameter of the ellipse shape specified by the ellipse shape specification unit 211 so that each contour shape becomes a normalized circle having a constant center position and a constant radius. A geometric transformation is performed on the image to generate a normalized image. Thereafter, the image conversion unit 213 performs polar coordinate conversion on the generated normalized image. Hereinafter, the image conversion process performed by the image conversion unit 213 will be described in detail.

図11に模式的に示したように、画像変換部213は、まず、楕円形状特定部211が特定した楕円パラメータを利用して、熱放射輝度画像に対して幾何学変換処理を実施する。これにより、羽口の輪郭である楕円形状が真円へと正規化される。   As schematically illustrated in FIG. 11, the image conversion unit 213 first performs a geometric conversion process on the thermal radiance image using the ellipse parameters specified by the ellipse shape specifying unit 211. Thereby, the elliptical shape which is the outline of a tuyere is normalized to a perfect circle.

より詳細には、画像変換部213は、予め画像処理部203の演算パラメータとして記憶部207等に格納されている正規化円の中心位置(XC’,YC’)及び正規化円の半径Rを取得する。続いて、画像変換部213は、楕円形状特定部211が特定した楕円形状の中心位置(X,Y)が正規化円の中心位置(XC’,YC’)となるように、着目している熱放射輝度画像を平行移動させる。 More specifically, the image conversion unit 213 determines the center position (X C ′ , Y C ′ ) of the normalized circle and the radius of the normalized circle that are stored in advance in the storage unit 207 as calculation parameters of the image processing unit 203. Get R. Subsequently, the image conversion unit 213 makes the center position (X C , Y C ) of the elliptic shape specified by the elliptic shape specification unit 211 the center position (X C ′ , Y C ′ ) of the normalized circle. The thermal radiance image of interest is translated.

続いて、画像変換部213は、図11に示したように、長軸に対応するX軸を(R/a)倍に縮小又は拡大するとともに、短軸に対応するY軸を(R/b)に縮小又は拡大して、半径Rの正規化円とする。これにより、画像変換部213は、熱放射輝度画像から正規化画像を生成することができる。   Subsequently, as illustrated in FIG. 11, the image conversion unit 213 reduces or enlarges the X axis corresponding to the long axis to (R / a) times and expands the Y axis corresponding to the short axis to (R / b). ) To a normalized circle of radius R. Thereby, the image converter 213 can generate a normalized image from the thermal radiance image.

ここで、楕円形状を円に正規化する際の幾何学変換は、公知のものを使用することが可能であり、例えば、アフィン変換を利用すればよい。   Here, as the geometric transformation when the elliptical shape is normalized to a circle, a known one can be used, and for example, affine transformation may be used.

続いて、画像変換部213は、図11に示したように、生成した正規化画像に対して極座標変換を実施する。正規化円の中心位置が算出されることで、正規化画像を構成する各画素の位置を極座標(r,θ)で表すことができる。画像変換部213は、算出した中心位置を基準とし、動径rの範囲及び偏角θの範囲を、それぞれ0≦r≦R、0°≦θ<360°として、極座標変換を実施する。極座標変換を行うことによって、正規化画像は、図11に示したような帯状の画像となる。   Subsequently, as illustrated in FIG. 11, the image conversion unit 213 performs polar coordinate conversion on the generated normalized image. By calculating the center position of the normalized circle, the position of each pixel constituting the normalized image can be represented by polar coordinates (r, θ). The image conversion unit 213 performs polar coordinate conversion using the calculated center position as a reference, with the range of the radius r and the range of the deflection angle θ set to 0 ≦ r ≦ R and 0 ° ≦ θ <360 °, respectively. By performing polar coordinate conversion, the normalized image becomes a band-like image as shown in FIG.

ここで、図11に示したような帯状画像において、動径方向rに対して平行な辺の長さは、正規化円の半径Rに対応しており、偏角方向θに対して平行な辺の長さは、正規化円の円周に対応している。また、偏角方向θに対して平行な辺のうち、一方は、正規化円の中心に対応しており、もう一方は、正規化円の外周に対応している。   Here, in the belt-like image as shown in FIG. 11, the length of the side parallel to the radial direction r corresponds to the radius R of the normalized circle and is parallel to the declination direction θ. The length of the side corresponds to the circumference of the normalized circle. Of the sides parallel to the declination direction θ, one corresponds to the center of the normalized circle, and the other corresponds to the outer periphery of the normalized circle.

画像変換部213は、極座標変換により生成した帯状画像に対応するデータを、指標算出部215の二値化画像生成部217へと出力する。   The image conversion unit 213 outputs data corresponding to the band-like image generated by polar coordinate conversion to the binarized image generation unit 217 of the index calculation unit 215.

○指標算出部215
再び図5に戻って、本実施形態に係る画像処理部203が備える指標算出部215について説明する。
本実施形態に係る指標算出部215は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。指標算出部215は、画像変換部213により生成された極座標変換後の正規化画像に対して所定の画像処理を行うことで、羽口内の状態を表わす指標を算出する。以下では、図12〜図18を参照しながら、かかる指標算出部215が有する各処理部の機能について、詳細に説明する。
○ Indicator calculation unit 215
Returning to FIG. 5 again, the index calculation unit 215 included in the image processing unit 203 according to the present embodiment will be described.
The index calculation unit 215 according to the present embodiment is realized by a CPU, a ROM, a RAM, and the like, for example. The index calculation unit 215 calculates an index representing the state in the tuyere by performing predetermined image processing on the normalized image after the polar coordinate conversion generated by the image conversion unit 213. Hereinafter, the functions of the processing units included in the index calculation unit 215 will be described in detail with reference to FIGS.

○二値化画像生成部217
二値化画像生成部217は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。二値化画像生成部217は、極座標変換後の正規化画像である帯状画像を二値化して、二値化画像を生成する。より詳細には、二値化画像生成部217は、帯状画像を構成する各画素の画素値(輝度値)と、二値化閾値との大小比較を行うことで帯状画像を二値化し、二値化画像を生成する。
○ Binary image generation unit 217
The binarized image generation unit 217 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The binarized image generation unit 217 binarizes the belt-like image that is a normalized image after polar coordinate conversion, and generates a binarized image. More specifically, the binarized image generation unit 217 binarizes the band-shaped image by comparing the pixel value (luminance value) of each pixel constituting the band-shaped image with the binarization threshold value, and binarizes the band-shaped image. Generate a digitized image.

ここで、二値化画像生成部217が二値化処理の際に利用する二値化閾値は、固定の閾値ではなく、熱放射輝度画像(ひいては、二値化画像)に含まれる最高輝度に応じて変動する閾値とする。熱放射輝度画像において、ある程度以上の輝度値を有しており、かつ、輝度の分布が一様である場合には、羽口近傍の温度(レースウェイ温度)の高低によらず、高炉羽口の状態は良好であると判断できるからである。具体的には、二値化画像生成部217は、二値化閾値として、(a)予め設定された輝度閾値と、(b)最高輝度値に予め設定された係数を乗じたもの、のうち、何れか大きい値となるものを、二値化閾値として使用する。輝度閾値や係数は、高炉に固有の特性や操業状況等に応じて適宜設定すればよいが、例えば、明らかに通常操業では燃焼部分としてあり得ない低い温度に対応する低い輝度値を輝度閾値として設定する。このように二値化閾値を設定することで、通常操業時では最高輝度、すなわちレースウェイ温度の変動について正規化した二値画像が得られるとともに、生鉱落ちによる視野閉塞等といった異常状態を、二値画像がすべて0という条件で検知することができる。   Here, the binarization threshold used by the binarized image generation unit 217 for binarization processing is not a fixed threshold, but the maximum luminance included in the thermal radiance image (and thus the binarized image). The threshold value is changed accordingly. If the thermal radiance image has a luminance value of a certain level or more and the luminance distribution is uniform, the blast furnace tuyere regardless of the temperature (raceway temperature) near the tuyere It is because it can be judged that the state of is good. Specifically, the binarized image generation unit 217 includes (a) a preset luminance threshold as a binarization threshold, and (b) a product obtained by multiplying the highest luminance value by a preset coefficient. , Whichever is larger is used as the binarization threshold. The brightness threshold value and coefficient may be set as appropriate according to the characteristics and operating conditions unique to the blast furnace.For example, a low brightness value corresponding to a low temperature that is clearly not possible as a combustion part in normal operation is used as the brightness threshold value. Set. By setting the binarization threshold in this way, a binary image normalized with respect to fluctuations in the maximum brightness, that is, raceway temperature, is obtained during normal operation, and abnormal conditions such as visual field occlusion due to missing raw minerals, Detection can be performed under the condition that all binary images are zero.

二値化画像生成部217は、このような二値化閾値を利用して帯状画像を二値化することで、例えば図12に示したような二値化画像を生成する。二値化画像において、二値化閾値以上の輝度値を有していた画素は、画素値が1である部分(以降、明部とも称する。)となり、二値化閾値未満の輝度値を有していた画素は、画素値が0である部分(以降、暗部とも称する。)となる。   The binarized image generation unit 217 binarizes the belt-like image using such a binarization threshold, thereby generating a binarized image as shown in FIG. 12, for example. In a binarized image, a pixel having a luminance value equal to or higher than the binarization threshold becomes a portion having a pixel value of 1 (hereinafter also referred to as a bright portion) and has a luminance value less than the binarization threshold. The pixel that has been used is a portion having a pixel value of 0 (hereinafter also referred to as a dark portion).

二値化画像生成部217は、生成した二値化画像に対応するデータを、後述する明部分布情報生成部219に出力する。   The binarized image generation unit 217 outputs data corresponding to the generated binarized image to the bright part distribution information generation unit 219 described later.

○明部分布情報生成部219
明部分布情報生成部219は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。明部分布情報生成部219は、生成された二値化画像を利用して、当該二値化画像に存在する明部の正規化円の径方向での分布を示す明部分布情報を生成する。
○ Bright part distribution information generation unit 219
The bright part distribution information generation unit 219 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The bright part distribution information generation unit 219 uses the generated binarized image to generate bright part distribution information indicating the distribution in the radial direction of the normalization circle of the bright part present in the binarized image. .

より詳細には、明部分布情報生成部219は、二値化画像におけるそれぞれの径方向位置rについて、同一の径方向位置を有し、かつ、相異なる偏角位置を有する複数の画素に対応する画素値を積算して、得られた積算値を該当する径方向位置における明部分布情報の要素とする。このような画素値の積算処理は、二値化画像を図12に示した破線矢印の方向に投影することに対応している。また、明部分布情報生成部219が利用する画像は二値化された画像であるため、画素値の積算結果は、着目している径方向位置において明部に対応する画素の個数を表していることとなる。このような処理を、動径方向rの各位置(0≦r≦R)に対して実施することで、明部分布情報生成部219は、図13に示したような明部分布情報を生成することができる。なお、明部分布情報としては投影値(Σθ)に限定されず、動径方向rの関数である重みW(r)を乗じたW(r)Σθを、明部分布情報としても良い。重みW(r)としては、例えばW(r)=rとすれば、径方向位置に比例した重みを掛けた分布情報となる。   More specifically, the bright part distribution information generation unit 219 corresponds to a plurality of pixels having the same radial position and different declination positions for each radial position r in the binarized image. The pixel values to be integrated are integrated, and the obtained integrated value is used as an element of the bright portion distribution information at the corresponding radial position. Such pixel value integration processing corresponds to projecting the binarized image in the direction of the dashed arrow shown in FIG. Further, since the image used by the bright part distribution information generation unit 219 is a binarized image, the pixel value integration result represents the number of pixels corresponding to the bright part at the radial position of interest. Will be. By executing such processing for each position (0 ≦ r ≦ R) in the radial direction r, the bright part distribution information generation unit 219 generates the bright part distribution information as illustrated in FIG. can do. The bright portion distribution information is not limited to the projection value (Σθ), and W (r) Σθ multiplied by the weight W (r) that is a function of the radial direction r may be used as the bright portion distribution information. As the weight W (r), for example, if W (r) = r, the distribution information is multiplied by a weight proportional to the radial position.

図4に示したように、微粉炭膨張時には画像の外周部のみに明部が残るが、生鉱落ちの場合には画像の外周部及び内周部が暗くなるという特徴があり、各動径位置rにおける投影値(Σθ)に違いがみられる。   As shown in FIG. 4, a bright portion remains only at the outer peripheral portion of the image when the pulverized coal expands, but there is a feature that the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the image become dark when the raw mineral is dropped. There is a difference in the projection value (Σθ) at the position r.

明部分布情報を構成する各要素を動径位置毎にプロットすると、図13に示したようなグラフ図を生成することができるが、このようなグラフ図は、それぞれの動径位置において、明部に対応する画素が何個存在したかを表すグラフとなる。従って、偏角方向θについて例えば1°刻みで極座標変換が行われている場合には、生成される明部分布情報は、半径rの位置において二値化閾値以上の輝度値を有する明部が何度分存在したかを表す情報となる。   When each element constituting the bright part distribution information is plotted for each radial position, a graph as shown in FIG. 13 can be generated. This is a graph showing how many pixels corresponding to a portion exist. Therefore, when the polar coordinate conversion is performed, for example, in increments of 1 ° with respect to the declination direction θ, the generated bright portion distribution information includes bright portions having a luminance value equal to or higher than the binarization threshold at the position of the radius r. This is information indicating how many minutes have existed.

明部分布情報生成部219は、このような明部分布情報の生成処理を、撮像された熱放射輝度画像毎に実施する。また、明部分布情報生成部219は、生成した各時刻tにおける明部分布情報を時刻順に配列させることで、明部分布情報の時系列推移を示した時系列推移情報を生成することができる。具体的には、明部分布情報生成部219は、ある時刻tにおける熱放射輝度画像に対応する二値化画像を取得すると、取得した二値化画像に基づいて明部分布情報を生成し、生成した明部分布情報を記憶部207等に設けられたメモリ領域に順次格納していくことで、上記のような時系列推移情報を生成することができる。   The bright part distribution information generation unit 219 performs such bright part distribution information generation processing for each captured thermal radiance image. Further, the bright part distribution information generation unit 219 can generate time series transition information indicating the time series transition of the bright part distribution information by arranging the generated bright part distribution information at each time t in order of time. . Specifically, when acquiring the binarized image corresponding to the thermal radiance image at a certain time t, the bright part distribution information generating unit 219 generates the bright part distribution information based on the acquired binarized image, By sequentially storing the generated bright part distribution information in a memory area provided in the storage unit 207 or the like, it is possible to generate time series transition information as described above.

本実施形態に係る演算処理装置200は、このようにして生成された時系列推移情報を、図14に示したような3次元グラフとして表してもよいし、図15に示したように、投影値の大きさに応じて色の濃淡が変化するような2次元グラフ(濃淡図)として表してもよい。   The arithmetic processing apparatus 200 according to the present embodiment may represent the time-series transition information generated in this way as a three-dimensional graph as shown in FIG. 14, or a projection as shown in FIG. It may be expressed as a two-dimensional graph (shading diagram) in which the shading of the color changes according to the magnitude of the value.

ここで、図15に示した濃淡図では、投影値の大きさが大きいほど白く表示される。また、図15には、高炉羽口の状態が、(a)良好、(b)やや良好、(c)生鉱落ち、(d)微粉炭膨張、の各状態における濃淡図をあわせて示している。   Here, in the shading diagram shown in FIG. 15, the larger the projection value is, the more white it is displayed. In addition, FIG. 15 also shows the density diagrams in each of the states of the blast furnace tuyere: (a) good, (b) slightly good, (c) raw mineral loss, and (d) pulverized coal expansion. Yes.

図15(a)に示した良好状態では、羽口の外周に近づくほど明部の割合が多くなっており、かつ、時間が経過した場合であっても帯状画像に占める明部の割合が一様になっている。また、図15(b)に示したやや良好の状態では、明部の割合は少ないものの、時間が経過した場合であっても帯状画像に占める明部の割合は一様になっている。   In the good state shown in FIG. 15A, the proportion of the bright portion increases as the outer periphery of the tuyere is approached, and even when time elapses, the proportion of the bright portion in the belt-like image is one. It is like. Further, in the slightly good state shown in FIG. 15B, although the proportion of the bright portion is small, the proportion of the bright portion in the belt-like image is uniform even when time elapses.

また、図15(c)は、60秒〜80秒において生鉱落ちが発生した場合の時系列推移情報である。図15(c)から明らかなように、生鉱落ちが発生した時点では、半径方向のほぼ全域が暗くなっている。一方、図15(d)は、10秒〜30秒において微粉炭膨張が発生した場合の時系列推移情報である。図15(d)から明らかなように、微粉炭膨張が発生すると、暗部が羽口の周囲に向かって増加し、その後、明部が羽口の中心すなわち動径方向の小さい位置に向かって増加していくような、特定の挙動を示している。   FIG. 15C shows time-series transition information when a raw ore drop occurs in 60 seconds to 80 seconds. As is clear from FIG. 15 (c), almost the entire radial direction is dark at the time when the raw ore drop occurs. On the other hand, FIG. 15D shows time-series transition information when pulverized coal expansion occurs in 10 seconds to 30 seconds. As is clear from FIG. 15 (d), when pulverized coal expansion occurs, the dark part increases toward the periphery of the tuyere, and then the bright part increases toward the center of the tuyere, that is, toward a position in the radial direction that is small. It shows a specific behavior like

明部分布情報生成部219は、以上説明したような方法で明部分布情報や、時系列推移情報を生成すると、生成したこれらの情報を、後述する特徴量算出部221に出力する。また、明部分布情報生成部219は、生成したこれらの情報を表示制御部205に出力して、表示画面に表示させてもよい。   When the bright part distribution information generation unit 219 generates the bright part distribution information and the time-series transition information by the method described above, the bright part distribution information generation unit 219 outputs the generated information to the feature amount calculation unit 221 described later. The bright part distribution information generation unit 219 may output the generated information to the display control unit 205 and display the information on the display screen.

なお、以上の説明では、生成される熱放射輝度画像毎に以上説明したような処理が実施される場合について説明したが、熱放射輝度画像、又は、当該熱放射輝度画像に基づいて生成される情報の少なくとも何れかを、所定の時定数で平滑化して用いてもよい。すなわち、熱放射輝度画像や二値化画像や帯状画像等を、予め設定された時定数を持つ指数平滑化や移動平均により平滑化して利用してもよく、平滑化されていない画像を用いて生成される明部分布情報や時系列推移情報を、予め設定された時定数を持つ指数平滑化や移動平均により平滑化してもよい。この平滑化の時定数は、観察すべき現象の継続時間の1/10程度に設定すればよい。例えば、微粉炭膨張は10秒程度継続する現象であるため、時定数を1秒程度とする。   In the above description, the case where the processing as described above is performed for each generated thermal radiance image has been described. However, it is generated based on the thermal radiance image or the thermal radiance image. At least one of the information may be used after being smoothed with a predetermined time constant. That is, a thermal radiance image, a binarized image, a belt-like image, etc. may be used after being smoothed by exponential smoothing or moving average having a preset time constant, or using an unsmoothed image. The generated bright part distribution information and time series transition information may be smoothed by exponential smoothing or moving average having a preset time constant. The smoothing time constant may be set to about 1/10 of the duration of the phenomenon to be observed. For example, since the expansion of pulverized coal is a phenomenon that continues for about 10 seconds, the time constant is set to about 1 second.

○特徴量算出部221
特徴量算出部221は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。特徴量算出部221は、明部分布情報生成部219により生成された明部分布情報を利用して、ある時刻における明部分布情報を特徴づける特徴量を算出する。
○ Feature amount calculation unit 221
The feature amount calculation unit 221 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The feature quantity calculation unit 221 uses the bright part distribution information generated by the bright part distribution information generation unit 219 to calculate a feature quantity that characterizes the bright part distribution information at a certain time.

より詳細には、特徴量算出部221は、各時間の明部分布情報について、所定の径方向範囲に含まれる要素の個数を特徴づける要素数特徴量と、要素の最大値を与える径方向位置を示した径方向位置特徴量と、を少なくとも算出する。具体的には、特徴量算出部221は、図16に例示したように、要素数特徴量として指定範囲内での明部平均画素数mを算出するとともに、径方向位置特徴量として、投影値が最大となる半径である最高画素半径nを算出する。ここで、図16における指定範囲は、図15の濃淡図において濃淡が変化している範囲を選べばよい。   More specifically, the feature amount calculation unit 221 includes, for the light portion distribution information at each time, an element number feature amount that characterizes the number of elements included in a predetermined radial direction range, and a radial position that gives the maximum value of the element. And at least a radial position feature quantity indicating Specifically, as illustrated in FIG. 16, the feature amount calculation unit 221 calculates the bright portion average pixel number m within the specified range as the element number feature amount and also outputs the projection value as the radial position feature amount. The highest pixel radius n, which is the radius at which is the maximum, is calculated. Here, the designated range in FIG. 16 may be selected from the range where the shading changes in the shading diagram of FIG.

ここで、明部平均画素数mは、明部分布情報にどれくらい明部が含まれているか(換言すれば、どれくらい暗部が含まれているか)を示す特徴量であり、最高画素半径nは、明部が二値化画像の動径方向のどの部分に多く残っているのかを示す特徴量である。   Here, the bright part average pixel number m is a feature amount indicating how much bright part is included in the bright part distribution information (in other words, how much dark part is included), and the maximum pixel radius n is This is a feature amount indicating in which part of the binarized image the bright portion remains in the radial direction.

なお、以下では、要素数特徴量として、指定範囲内での明部平均画素数mを算出する場合を例にとって説明を行うが、明部平均画素数mの代わりに指定範囲内での最大画素数や画素数の中間値や最頻値等を算出しても良いし、明部平均画素数mに加えて最大画素数や画素数の中間値や最頻値等を算出しても良い。   In the following description, the case where the bright portion average pixel number m within the specified range is calculated as the element number feature amount will be described as an example. However, the maximum pixel within the specified range is used instead of the bright portion average pixel number m. The intermediate value of the number, the number of pixels, the mode value, etc. may be calculated, or the maximum number of pixels, the intermediate value of the number of pixels, the mode value, etc. may be calculated in addition to the bright portion average pixel number m.

特徴量算出部221は、各時間の明部分布情報について明部平均画素数m及び最高画素半径nを算出すると、算出したこれらの特徴量を、軌跡情報生成部223に出力する。   When the feature amount calculation unit 221 calculates the light portion average pixel number m and the maximum pixel radius n for the light portion distribution information at each time, the feature amount calculation unit 221 outputs the calculated feature amounts to the trajectory information generation unit 223.

○軌跡情報生成部223
軌跡情報生成部223は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。軌跡情報生成部223は、特徴量算出部221により算出された特徴量を利用して、当該特徴量を用いて規定される特徴量座標系を設定する。その後、軌跡情報生成部223は、複数の異なる時刻における明部分布情報に対応する特徴量の組み合わせで特定される特徴量座標系での点の、時間推移に伴う軌跡を示した軌跡情報を生成する。
○ Trajectory information generation unit 223
The trajectory information generation unit 223 is realized by a CPU, a ROM, a RAM, and the like, for example. The trajectory information generation unit 223 uses the feature amount calculated by the feature amount calculation unit 221 to set a feature amount coordinate system defined using the feature amount. After that, the trajectory information generation unit 223 generates trajectory information indicating the trajectory of the point in the feature amount coordinate system specified by the combination of feature amounts corresponding to the bright portion distribution information at a plurality of different times with time transition. To do.

図17には、軌跡情報生成部223によって生成される軌跡情報の一例を示している。特徴量算出部221によって算出される特徴量の組み合わせ(m,n)は、明部が二値化画像のどのあたりに存在しているかを示すものであり、ある時刻における羽口近傍の状態を表す代表点であると言える。従って、点(m,n)の時間推移を軌跡として表すことで、羽口近傍の状態変化を容易に把握することが可能となる。   FIG. 17 shows an example of trajectory information generated by the trajectory information generation unit 223. The combination (m, n) of feature amounts calculated by the feature amount calculation unit 221 indicates where the bright portion exists in the binarized image, and indicates the state near the tuyere at a certain time. It can be said that it is a representative point to represent. Therefore, by representing the time transition of the point (m, n) as a trajectory, it is possible to easily grasp the state change near the tuyere.

ここで、高炉羽口の状態が良好である場合には、(m,n)で表される点の軌跡は、m−n平面の右上に集中しており、高炉羽口の状態がやや良好である場合には、(m,n)で表される点の軌跡は、m−n平面の中央部分からやや左下の領域にかけて集中する。一方で、生鉱落ちが発生した場合には、(m,n)で表される点の軌跡は、m−n平面のほぼ中央部分から原点付近まで推移しており、微粉炭膨張が発生した場合には、(m,n)で表される点の軌跡は、m−n平面中を水平方向に移動する。   Here, when the state of the blast furnace tuyere is good, the locus of the point represented by (m, n) is concentrated on the upper right of the mn plane, and the state of the blast furnace tuyere is slightly good. In this case, the locus of the point represented by (m, n) is concentrated from the central portion of the mn plane to the slightly lower left region. On the other hand, when a raw ore drop occurs, the locus of the point represented by (m, n) changes from the substantially central part of the mn plane to the vicinity of the origin, and pulverized coal expansion occurs. In this case, the locus of the point represented by (m, n) moves in the horizontal direction in the mn plane.

このように、算出された特徴量に基づいて軌跡情報を生成すると、生鉱落ちや微粉炭膨張が発生した場合には、これらの現象に特徴的な軌跡が描かれることがわかる。   As described above, when the trajectory information is generated based on the calculated feature amount, it is understood that a trajectory characteristic of these phenomena is drawn when a raw mining drop or pulverized coal expansion occurs.

軌跡情報生成部223は、以上説明したような軌跡情報を生成すると、生成した軌跡情報を、後述する状態判断部225に出力する。また、軌跡情報生成部223は、生成した軌跡情報を表示制御部205に出力して、表示画面に表示させてもよい。   When the trajectory information generation unit 223 generates trajectory information as described above, the trajectory information generation unit 223 outputs the generated trajectory information to a state determination unit 225 described later. Further, the trajectory information generation unit 223 may output the generated trajectory information to the display control unit 205 and display it on the display screen.

○状態判断部225
状態判断部225は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。状態判断部225は、軌跡情報生成部223が生成した軌跡情報に基づいて、高炉羽口の状態を判断する。より詳細には、状態判断部225は、軌跡が存在する領域に着目することで、高炉羽口において、生鉱落ちや微粉炭膨張が発生したか否かを判断する。
○ State determination unit 225
The state determination unit 225 is realized by a CPU, a ROM, a RAM, and the like, for example. The state determination unit 225 determines the state of the blast furnace tuyere based on the trajectory information generated by the trajectory information generation unit 223. More specifically, the state determination unit 225 determines whether or not a raw mine drop or pulverized coal expansion has occurred in the blast furnace tuyere by paying attention to the region where the locus exists.

先だって説明したように、高炉羽口の状態が良好な場合と、生鉱落ちや微粉炭膨張が発生した場合とでは、軌跡情報の推移に大きな違いが存在する。そこで、状態判断部225は、図18に例示したように、特徴量座標系(m−n平面)を複数の領域に区分し、それぞれの領域に羽口の状態を表すラベルを予め付与しておき、状態を表す点がどの領域に存在するかに基づいて、羽口の状態を判断する。   As described earlier, there is a great difference in the transition of trajectory information between when the state of the blast furnace tuyere is good and when raw mining or pulverized coal expansion occurs. Therefore, as illustrated in FIG. 18, the state determination unit 225 divides the feature amount coordinate system (mn plane) into a plurality of regions, and assigns labels indicating the state of tuyere in advance to each region. In addition, the state of the tuyere is determined based on in which region the point representing the state exists.

図18に示した例では、m−n平面が4個の領域に区分されており、時刻tにおいて、右上の領域に点(m,n)が存在していた場合を図示している。この場合には、状態判断部225は、時刻tにおける点(m、n)が、「良好」とラベルづけされた領域にあることから、燃焼状態は良好であると羽口の状態を判断することとなる。   In the example illustrated in FIG. 18, the mn plane is divided into four regions, and a point (m, n) is present in the upper right region at time t. In this case, the state determination unit 225 determines the state of the tuyere that the combustion state is good because the point (m, n) at time t is in the region labeled “good”. It will be.

なお、図18のような領域の分類は、過去の操業状態における点(m,n)の軌跡を分類することで行えばよく、点(m,n)の軌跡を分類する方法については、公知のあらゆる方法を用いることが可能である。   The region classification as shown in FIG. 18 may be performed by classifying the locus of the point (m, n) in the past operation state, and a method for classifying the locus of the point (m, n) is publicly known. Any method can be used.

状態判断部225は、以上説明したような方法で高炉羽口の状態を判断すると、判断結果を示す情報を、表示制御部205に出力する。これにより、高炉羽口状態観察装置10のユーザは、高炉羽口の状態に関する判断結果を、その場で把握することが可能となる。   When the state determination unit 225 determines the state of the blast furnace tuyere using the method described above, the state determination unit 225 outputs information indicating the determination result to the display control unit 205. Thereby, the user of the blast furnace tuyere state observation apparatus 10 can grasp the determination result regarding the state of the blast furnace tuyere on the spot.

なお、図18では、m−n平面を4個の領域に区分する場合について図示しているが、区分する領域の個数は図14に示した例に限定されるわけではなく、4個未満であってもよく、4個以上であってもよい。   18 illustrates the case where the mn plane is divided into four regions. However, the number of regions to be divided is not limited to the example illustrated in FIG. 14 and is less than four. There may be four or more.

また、以上の説明では、m−n平面を人が予め分割しラベルを付与することで高炉羽口の状態を判別する場合について説明したが、高炉羽口の状態を判断する方法は上記例に限定されるわけではない。例えば、過去の特徴量m、n及び当該画像データに基づく検定員による官能検査結果を教師データとした学習処理により、ニューラルネットやサポートベクターマシン(SVM)等の判別器を生成し、かかる判別器を特徴量m−n空間での状態判断に利用してもよい。   Moreover, in the above description, although the case where the state of a blast furnace tuyere was discriminate | determined by dividing a mn plane beforehand and giving a label was demonstrated, the method of judging the state of a blast furnace tuyere is in the said example. It is not limited. For example, a discriminator such as a neural network or a support vector machine (SVM) is generated by learning processing using past feature values m and n and a sensory test result by a tester based on the image data as teacher data. May be used for state determination in the feature quantity mn space.

以上、本実施形態に係る演算処理装置200が有する画像処理部203の構成について、詳細に説明した。   The configuration of the image processing unit 203 included in the arithmetic processing device 200 according to the present embodiment has been described above in detail.

以上、本実施形態に係る演算処理装置200の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。   Heretofore, an example of the function of the arithmetic processing apparatus 200 according to the present embodiment has been shown. Each component described above may be configured using a general-purpose member or circuit, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. In addition, the CPU or the like may perform all functions of each component. Therefore, it is possible to appropriately change the configuration to be used according to the technical level at the time of carrying out the present embodiment.

なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。   A computer program for realizing each function of the arithmetic processing apparatus according to the present embodiment as described above can be produced and installed in a personal computer or the like. In addition, a computer-readable recording medium storing such a computer program can be provided. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.

このように、本実施形態に係る高炉羽口状態観察装置10では、楕円形状特定部211により高速かつ高精度な楕円形状のあてはめ処理が実施され、画像変換部213により、高精度な楕円形状のあてはめ結果を利用して羽口に対応する輪郭形状の正規化を含む画像変換処理が実施されるため、正規化の精度が向上する。その結果、本実施形態に係る高炉羽口状態観察装置10では、羽口内の状態を表わす指標の算出精度を向上させることが可能となる。これにより、本実施形態に係る高炉羽口状態観察装置10は、陽炎による高炉羽口画像の揺らぎに依らずに、高炉羽口近傍の状態をより精度良く観察することが可能となる。   As described above, in the blast furnace tuyere state observation apparatus 10 according to the present embodiment, the elliptical shape specifying unit 211 performs high-speed and high-precision elliptical fitting processing, and the image conversion unit 213 performs high-precision elliptical-shaped fitting processing. Since the image conversion processing including normalization of the contour shape corresponding to the tuyere is performed using the fitting result, the accuracy of normalization is improved. As a result, in the blast furnace tuyere state observation apparatus 10 according to the present embodiment, it is possible to improve the calculation accuracy of the index representing the state in the tuyere. Thereby, the blast furnace tuyere state observation apparatus 10 according to the present embodiment can more accurately observe the state in the vicinity of the blast furnace tuyere without depending on fluctuations in the blast furnace tuyere image due to the heat.

また、本実施形態に係る高炉羽口状態観察装置10では、生鉱落ち及び微粉炭膨張という2つの状態のそれぞれを、互いに独立して定量的に判断することできる。生鉱落ち及び微粉炭膨張が発生した状態では、高炉羽口の状態が良好である場合に比べて、特徴的な明部分布情報や軌跡情報が観測されるため、これらの現象の発生を、官能検査に頼らずに容易に判断することが可能となる。また、本実施形態に係る高炉羽口状態観察装置10では、処理に利用する特徴量の個数が二つであるため、m−n平面上の軌跡により容易に可視化することが可能である。   Moreover, in the blast furnace tuyere state observation apparatus 10 according to the present embodiment, each of the two states, that is, the loss of raw minerals and the expansion of pulverized coal, can be quantitatively determined independently of each other. In the state where raw ore dropping and pulverized coal expansion occurred, characteristic bright part distribution information and trajectory information are observed compared to the case where the state of the blast furnace tuyere is good, so the occurrence of these phenomena, Judgment can be easily made without relying on a sensory test. Moreover, in the blast furnace tuyere state observation apparatus 10 according to the present embodiment, since the number of feature quantities used for processing is two, it can be easily visualized by a locus on the mn plane.

(高炉羽口状態観察方法について)
次に、図19及び図20を参照しながら、本発明の実施形態に係る高炉羽口状態観察装置で実施される高炉羽口状態観察方法の流れの一例について、簡単に説明する。図19は、本実施形態に係る高炉羽口状態観察方法の流れの一例を示した流れ図であり、図20は、本実施形態に係る楕円形状特定方法の流れの一例を示した流れ図である。
(About blast furnace tuyere state observation method)
Next, an example of the flow of the blast furnace tuyere state observation method performed by the blast furnace tuyere state observation apparatus according to the embodiment of the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 19 and 20. FIG. 19 is a flowchart illustrating an example of the flow of the blast furnace tuyere state observation method according to the present embodiment, and FIG. 20 is a flowchart illustrating an example of the flow of the elliptical shape specifying method according to the present embodiment.

<高炉羽口状態観察方法の全体的な流れ>
本実施形態に係る高炉羽口状態観察装置10の撮像装置100は、演算処理装置200における撮像制御部201の制御のもとで羽口を撮像して、熱放射輝度画像を生成し(ステップS101)、生成した熱放射輝度画像を演算処理装置200に出力する。
<Overall flow of blast furnace tuyere state observation method>
The imaging device 100 of the blast furnace tuyere state observation device 10 according to the present embodiment images the tuyere under the control of the imaging control unit 201 in the arithmetic processing device 200, and generates a thermal radiance image (step S101). ), And outputs the generated thermal radiance image to the arithmetic processing unit 200.

高炉羽口状態観察装置10の演算処理装置200が備える画像処理部203は、撮像装置100から出力された熱放射輝度画像を取得すると、取得した熱放射輝度画像のデータを、楕円形状特定部211に伝送する。楕円形状特定部211は、伝送された熱放射輝度画像を利用して、羽口の輪郭形状に適合する楕円形状を特定する(ステップS103)。楕円形状特定部211は、特定した楕円形状の楕円パラメータを表わした情報を、画像変換部213に伝送する。   When the image processing unit 203 included in the arithmetic processing unit 200 of the blast furnace tuyere state observation apparatus 10 acquires the thermal radiance image output from the imaging apparatus 100, the acquired thermal radiance image data is converted into the elliptical shape specifying unit 211. Transmit to. The elliptical shape specifying unit 211 uses the transmitted thermal radiance image to specify an elliptical shape that matches the contour shape of the tuyere (step S103). The elliptical shape specifying unit 211 transmits information representing the elliptical parameters of the specified elliptical shape to the image converting unit 213.

画像変換部213は、楕円形状特定部211によって特定された楕円形状を利用して、熱放射輝度画像に対して幾何学変換を行い、正規化画像を生成する(ステップS105)。引き続き、画像変換部213は、生成した正規化画像に対して極座標変換を実施して(ステップS107)、極座標変換後の正規化画像(帯状画像)を、指標算出部215が有する二値化画像生成部217に出力する。   The image conversion unit 213 performs geometric conversion on the thermal radiance image using the elliptical shape specified by the elliptical shape specification unit 211, and generates a normalized image (step S105). Subsequently, the image conversion unit 213 performs polar coordinate conversion on the generated normalized image (step S107), and the normalized image (band image) after the polar coordinate conversion is converted into a binarized image included in the index calculation unit 215. The data is output to the generation unit 217.

二値化画像生成部217は、極座標変換後の正規化画像(すなわち、帯状画像)を二値化閾値に基づいて二値化して二値化画像を生成し(ステップS109)、生成した二値化画像を明部分布情報生成部219に出力する。   The binarized image generation unit 217 binarizes the normalized image (that is, the band-shaped image) after the polar coordinate conversion based on the binarization threshold value to generate a binarized image (step S109), and the generated binary The converted image is output to the bright part distribution information generation unit 219.

明部分布情報生成部219は、二値化画像生成部217から出力された二値化画像に基づいて明部分布情報を生成し(ステップS111)、生成した明部分布情報を特徴量算出部221へと出力する。   The bright part distribution information generation unit 219 generates bright part distribution information based on the binarized image output from the binarized image generation unit 217 (step S111), and uses the generated bright part distribution information as a feature amount calculation unit. To 221.

特徴量算出部221は、明部分布情報生成部219から出力された明部分布情報を参照して、要素数特徴量及び径方向位置特徴量(例えば、明部平均画素数m及び最高画素半径n)を算出する(ステップS113)。その後、特徴量算出部221は、算出したこれら特徴量を、軌跡情報生成部223に出力する。   The feature quantity calculation unit 221 refers to the bright part distribution information output from the bright part distribution information generation unit 219, and the number-of-elements feature quantity and the radial position feature quantity (for example, the bright part average pixel number m and the maximum pixel radius). n) is calculated (step S113). Thereafter, the feature amount calculation unit 221 outputs the calculated feature amounts to the trajectory information generation unit 223.

軌跡情報生成部223は、特徴量算出部221により算出された特徴量に基づいて、特徴量座標系に算出された特徴量の組み合わせで規定される点を対応づけ、時間推移に応じた特徴量の変化を示した軌跡情報を生成する(ステップS115)。その後、軌跡情報生成部223は、生成した軌跡情報を、状態判断部225に出力する。   The trajectory information generation unit 223 associates a point defined by the combination of feature amounts calculated in the feature amount coordinate system based on the feature amount calculated by the feature amount calculation unit 221, and the feature amount corresponding to the time transition Trajectory information indicating the change in the number is generated (step S115). Thereafter, the trajectory information generation unit 223 outputs the generated trajectory information to the state determination unit 225.

状態判断部225は、軌跡情報生成部223により生成された軌跡情報の時間推移に基づいて、高炉羽口の状態を判断する(ステップS117)。   The state determination unit 225 determines the state of the blast furnace tuyere based on the time transition of the trajectory information generated by the trajectory information generation unit 223 (step S117).

以上、図19を参照しながら、本実施形態に係る高炉羽口状態観察方法の全体的な流れの一例について、簡単に説明した。   Heretofore, an example of the overall flow of the blast furnace tuyere state observation method according to the present embodiment has been briefly described with reference to FIG.

<楕円形状特定方法の流れ>
続いて、図20を参照しながら、楕円形状特定部211で実施される楕円形状特定方法の流れの一例を簡単に説明する。
<Flow of ellipse shape identification method>
Next, an example of the flow of the elliptic shape specifying method performed by the elliptic shape specifying unit 211 will be briefly described with reference to FIG.

楕円形状特定部211が有する飽和処理部231は、撮像装置100から出力された熱放射輝度画像を取得すると、取得した熱放射輝度画像に対して、飽和処理又は二値化処理を実施する(ステップS121)。その後、飽和処理部231は、得られた飽和処理後の熱放射輝度画像を、輪郭抽出部233へと出力する。   When the saturation processing unit 231 included in the elliptical shape specifying unit 211 acquires the thermal radiance image output from the imaging device 100, the saturation processing unit 231 performs a saturation process or a binarization process on the acquired thermal radiance image (Step S21). S121). Thereafter, the saturation processing unit 231 outputs the obtained thermal radiance image after the saturation processing to the contour extraction unit 233.

輪郭抽出部233は、飽和処理部231から出力された、飽和処理後の熱放射輝度画像の羽口形状の輪郭を図8に示した方法により抽出して、輪郭強度画像を生成する(ステップS123)。その後、輪郭抽出部233は、生成した輪郭強度画像を形状算出部235に出力する。   The contour extracting unit 233 extracts the tuyere-shaped contour of the thermal radiance image after the saturation processing output from the saturation processing unit 231 by the method illustrated in FIG. 8 to generate a contour strength image (step S123). ). After that, the contour extraction unit 233 outputs the generated contour strength image to the shape calculation unit 235.

形状算出部235は、輪郭抽出部233から輪郭強度画像を取得すると、実施する楕円形状のあてはめ処理に用いる楕円形状のパラメータの初期値を設定する(ステップS125)。より詳細には、実施する楕円形状のあてはめ処理がn=1回目の処理である場合、又は、n=N回目の処理であり、かつ、n=N−1回目のあてはめ処理が失敗している場合には、形状算出部235は、演算処理部203にシステムパラメータとして登録されているシステム初期値を、楕円形状のパラメータの初期値として設定する。一方、n=N回目の処理であり、かつ、n=N−1回目のあてはめ処理が成功している場合には、n=N−1回目のあてはめ処理により算出された楕円形状に基づき予め設定されたパラメータを、楕円形状のパラメータの初期値として設定する。   When the shape calculation unit 235 acquires the contour strength image from the contour extraction unit 233, the shape calculation unit 235 sets initial values of the elliptical parameters used for the elliptical fitting process to be performed (step S125). More specifically, when the elliptical fitting process to be performed is n = 1st processing, or n = Nth processing, and n = N−1th fitting processing has failed. In this case, the shape calculation unit 235 sets the system initial value registered as the system parameter in the arithmetic processing unit 203 as the initial value of the elliptical parameter. On the other hand, if n = N-th processing and n = N−1-th fitting processing is successful, the processing is preset based on the elliptical shape calculated by the n = N−1-th fitting processing. The set parameter is set as the initial value of the elliptical parameter.

次に、形状算出部235は、設定した楕円形状のパラメータを、楕円が縮まる方向へと変化させながら、「上記式101で規定される評価関数Eの極大値を与える楕円形状パラメータを特定する」という最適化問題の解を求めるという楕円形状のあてはめ処理を、勾配法を用いて実施する(ステップS127)。   Next, the shape calculation unit 235 “identifies the elliptical shape parameter that gives the maximum value of the evaluation function E defined by the formula 101” while changing the set elliptical shape parameter in the direction in which the ellipse shrinks. The elliptical fitting process for obtaining the solution of the optimization problem is performed using the gradient method (step S127).

この際、形状算出部235は、かかる最適化計算が収束して、楕円形状のあてはめ処理が成功したか否かを判断する(ステップS129)。楕円形状のあてはめ処理が成功した場合には、形状算出部235は、特定した楕円形状のパラメータを出力しつつ、次回以降の楕円形状のパラメータ初期値を、特定した楕円形状のパラメータを利用して設定する(ステップS131)。一方、楕円形状のあてはめ処理が収束せずに失敗した場合には、形容算出部235は、楕円形状のパラメータとしてシステム初期値を設定し(ステップS133)、ステップS127における楕円形状のあてはめ処理を再度実施する。   At this time, the shape calculation unit 235 determines whether or not the optimization calculation has converged and the elliptical fitting process has been successful (step S129). If the elliptical fitting process is successful, the shape calculating unit 235 outputs the specified elliptical parameters and uses the specified elliptical parameters as the initial elliptical parameter values for the next and subsequent times. Set (step S131). On the other hand, if the elliptical fitting process fails without converging, the shape calculation unit 235 sets the system initial value as an elliptical parameter (step S133), and the elliptical fitting process in step S127 is performed again. carry out.

楕円形状特定部211が備える各処理部により上記のような処理が行われることで、熱放射輝度画像の羽口の輪郭に対応する楕円形状が特定されることとなる。   The processing described above is performed by each processing unit included in the elliptical shape specifying unit 211, whereby an elliptical shape corresponding to the tuyere contour of the thermal radiance image is specified.

以上、図19及び図20を参照しながら、本発明の実施形態に係る高炉羽口状態観察装置で実施される高炉羽口状態観察方法の流れの一例について、簡単に説明した。   The example of the flow of the blast furnace tuyere state observation method implemented by the blast furnace tuyere state observation apparatus according to the embodiment of the present invention has been briefly described above with reference to FIGS. 19 and 20.

(ハードウェア構成について)
次に、図21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21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。
(About hardware configuration)
Next, the hardware configuration of the arithmetic processing device 200 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 21 is a block diagram for explaining a hardware configuration of the arithmetic processing device 200 according to the embodiment of the present invention.

演算処理装置200は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、演算処理装置200は、更に、バス907と、入力装置909と、出力装置911と、ストレージ装置913と、ドライブ915と、接続ポート917と、通信装置919とを備える。   The arithmetic processing device 200 mainly includes a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905. The arithmetic processing device 200 further includes a bus 907, an input device 909, an output device 911, a storage device 913, a drive 915, a connection port 917, and a communication device 919.

CPU901は、演算処理装置および制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置913、またはリムーバブル記録媒体921に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置200内の動作全般またはその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM905は、CPU901が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスにより構成されるバス907により相互に接続されている。   The CPU 901 functions as an arithmetic processing device and a control device, and controls all or a part of the operation in the arithmetic processing device 200 according to various programs recorded in the ROM 903, the RAM 905, the storage device 913, or the removable recording medium 921. The ROM 903 stores programs used by the CPU 901, calculation parameters, and the like. The RAM 905 primarily stores programs used by the CPU 901, parameters that change as appropriate during execution of the programs, and the like. These are connected to each other by a bus 907 constituted by an internal bus such as a CPU bus.

バス907は、ブリッジを介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バスに接続されている。   The bus 907 is connected to an external bus such as a PCI (Peripheral Component Interconnect / Interface) bus via a bridge.

入力装置909は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置909は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、演算処理装置200の操作に対応したPDA等の外部接続機器923であってもよい。さらに、入力装置909は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。演算処理装置200のユーザは、この入力装置909を操作することにより、演算処理装置200に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。   The input device 909 is an operation unit operated by the user, such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a switch, and a lever. The input device 909 may be, for example, remote control means (so-called remote control) using infrared rays or other radio waves, or may be an external connection device 923 such as a PDA corresponding to the operation of the arithmetic processing device 200. May be. Furthermore, the input device 909 includes, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by a user using the operation unit and outputs the input signal to the CPU 901. The user of the arithmetic processing device 200 can input various data and instruct processing operations to the arithmetic processing device 200 by operating the input device 909.

出力装置911は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、CRTディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置911は、例えば、演算処理装置200が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置200が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。   The output device 911 is configured by a device that can notify the user of the acquired information visually or audibly. Examples of such devices include CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices and display devices such as lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printer devices, mobile phones, and facsimiles. The output device 911 outputs results obtained by various processes performed by the arithmetic processing device 200, for example. Specifically, the display device displays results obtained by various processes performed by the arithmetic processing device 200 as text or images. On the other hand, the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data, acoustic data, and the like into an analog signal and outputs the analog signal.

ストレージ装置913は、演算処理装置200の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置913は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置913は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。   The storage device 913 is a data storage device configured as an example of a storage unit of the arithmetic processing device 200. The storage device 913 includes, for example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device. The storage device 913 stores programs executed by the CPU 901, various data, various data acquired from the outside, and the like.

ドライブ915は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置200に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体921は、例えば、CDメディア、DVDメディア、Blu−rayメディア等である。また、リムーバブル記録媒体921は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、フラッシュメモリ、または、SDメモリカード(Secure Digital memory card)等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体921は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)または電子機器等であってもよい。   The drive 915 is a recording medium reader / writer, and is built in or externally attached to the arithmetic processing unit 200. The drive 915 reads information recorded on a removable recording medium 921 such as a mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 905. The drive 915 can also write a record on a removable recording medium 921 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory. The removable recording medium 921 is, for example, a CD medium, a DVD medium, a Blu-ray medium, or the like. The removable recording medium 921 may be a CompactFlash (registered trademark) (CompactFlash: CF), a flash memory, an SD memory card (Secure Digital memory card), or the like. Further, the removable recording medium 921 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) on which a non-contact IC chip is mounted, an electronic device, or the like.

接続ポート917は、機器を演算処理装置200に直接接続するためのポートである。接続ポート917の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート、RS−232Cポート等がある。この接続ポート917に外部接続機器923を接続することで、演算処理装置200は、外部接続機器923から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器923に各種のデータを提供したりする。   The connection port 917 is a port for directly connecting a device to the arithmetic processing device 200. Examples of the connection port 917 include a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE 1394 port, a SCSI (Small Computer System Interface) port, and an RS-232C port. By connecting the external connection device 923 to the connection port 917, the arithmetic processing apparatus 200 acquires various data directly from the external connection device 923 or provides various data to the external connection device 923.

通信装置919は、例えば、通信網925に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置919は、例えば、有線または無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、またはWUSB(Wireless USB)用の通信カード等である。また、通信装置919は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置919は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置919に接続される通信網925は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。   The communication device 919 is a communication interface configured with, for example, a communication device for connecting to the communication network 925. The communication device 919 is, for example, a communication card for wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB). The communication device 919 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a modem for various communication. The communication device 919 can transmit and receive signals and the like according to a predetermined protocol such as TCP / IP, for example, with the Internet and other communication devices. The communication network 925 connected to the communication device 919 is configured by a wired or wireless network, and may be, for example, the Internet, a home LAN, infrared communication, radio wave communication, satellite communication, or the like. .

以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置200の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。   Heretofore, an example of the hardware configuration capable of realizing the function of the arithmetic processing device 200 according to the embodiment of the present invention has been shown. Each component described above may be configured using a general-purpose member, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Therefore, it is possible to change the hardware configuration to be used as appropriate according to the technical level at the time of carrying out this embodiment.

以下では、実験例を示しながら、本発明の実施形態に係る高炉羽口状態観察方法及び高炉羽口状態観察装置について、具体的に説明する。なお、以下に示す実験例は、本発明の実施形態に係る高炉羽口状態観察方法及び高炉羽口状態観察装置のあくまでも一例であって、本発明に係る高炉羽口状態観察方法及び高炉羽口状態観察装置が下記の例に限定されるものではない。   Hereinafter, the blast furnace tuyere state observation method and the blast furnace tuyere state observation apparatus according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference to experimental examples. The experimental example shown below is merely an example of the blast furnace tuyere state observation method and blast furnace tuyere state observation apparatus according to the embodiment of the present invention, and the blast furnace tuyere state observation method and blast furnace tuyere according to the present invention. The state observation apparatus is not limited to the following example.

以下では、幅(X方向)480画素×高さ(Y方向)360画素の3600フレームの動画像を熱放射輝度画像として用いて、上記で説明したような方法に則して楕円形状のあてはめ処理を実施した。ここで、飽和処理部231では、飽和閾値30とした飽和処理を実施するとともに、輪郭抽出部233で用いられるガウスフィルタのパラメータσ=7に設定した。また、形状算出部235で利用される式101の評価関数Eにおいて、最適化係数K=20に設定するとともに、あてはめ処理成功時における次のフレームでの初期値の拡大率を1.05とした。   In the following, using a moving image of 3600 frames of width (X direction) 480 pixels × height (Y direction) 360 pixels as a thermal radiance image, an elliptical fitting process is performed in accordance with the method described above. Carried out. Here, the saturation processing unit 231 performs saturation processing with a saturation threshold of 30 and sets the parameter σ = 7 of the Gaussian filter used in the contour extraction unit 233. In addition, in the evaluation function E of the expression 101 used in the shape calculation unit 235, the optimization coefficient K is set to 20 and the initial value enlargement ratio in the next frame when the fitting process is successful is set to 1.05. .

ここで、画像変換部213により生成される正規化円の半径は、処理に用いる画像フレームの大きさ等を考慮して、170画素とした。   Here, the radius of the normalized circle generated by the image conversion unit 213 is set to 170 pixels in consideration of the size of the image frame used for the processing.

以下では、上記のようなパラメータが設定された楕円形状特定部211及び画像変換部213により生成された正規化円に着目し、図22Aに示した正規化円のX軸正方向側の輪郭位置である点AのX座標のヒストグラムを算出した。なお、熱放射輝度画像の中心X座標=480÷2=240であるため、画像変換部213では、点Cの座標が(X,Y)=(240,180)となるように画像変換が実施され、点AのX座標の目標は、240+170=410となる。   In the following, focusing on the normalized circle generated by the elliptical shape specifying unit 211 and the image converting unit 213 in which the above parameters are set, the contour position on the X axis positive direction side of the normalized circle shown in FIG. 22A A histogram of the X coordinate of the point A is calculated. Since the center X coordinate of the thermal radiance image = 480 ÷ 2 = 240, the image conversion unit 213 performs image conversion so that the coordinates of the point C are (X, Y) = (240, 180). Thus, the X coordinate target of point A is 240 + 170 = 410.

得られた結果を、図22Bに示した。図22Bにおいて、「入力画像まま」とは、本発明の実施形態に係る楕円形状の特定処理を実施せずに、上記特許文献1に開示されている方法に従い、事前に得られた固定した楕円を羽口画像に当てはめ、その結果得られた楕円から正規化円を生成した場合における点AのX座標のばらつき度合いを示したものである。また、図22Bにおいて、「楕円形状特定」とは、本発明の実施形態に係る楕円形状の特定処理を実施した上で正規化円を生成した場合における点AのX座標のばらつき度合いを示したものである。   The obtained result is shown in FIG. 22B. In FIG. 22B, “the input image remains” means that a fixed ellipse obtained in advance according to the method disclosed in Patent Document 1 without performing the elliptical shape specifying process according to the embodiment of the present invention. Is applied to the tuyere image, and the degree of variation in the X coordinate of point A when a normalized circle is generated from the resulting ellipse is shown. Further, in FIG. 22B, “elliptical shape specification” indicates the degree of variation in the X coordinate of the point A when the normalized circle is generated after performing the elliptical shape specification processing according to the embodiment of the present invention. Is.

図22Bから明らかなように、本発明の実施形態に係る楕円形状の特定処理を実施しなかった場合には、点Aの座標のばらつきは大きく、また、画素座標も、目標値である410画素とは大きく異なるものであった。一方、本発明の実施形態に係る楕円形状の特定処理を実施した場合には、点Aの画素座標は、目標値である410画素近傍を中心とした、極めて狭い範囲に収まっており、陽炎に起因する画像のばらつきが抑制されたことを示している。   As is apparent from FIG. 22B, when the elliptical shape specifying process according to the embodiment of the present invention is not performed, the variation in the coordinates of the point A is large, and the pixel coordinates are also 410 pixels, which is the target value. It was very different. On the other hand, when the elliptical shape specifying process according to the embodiment of the present invention is performed, the pixel coordinates of the point A are within a very narrow range centering around the target value of 410 pixels, This shows that the resulting image variation is suppressed.

次に、目視による観察により微粉炭膨張が発生したと判断された動画像5個と、生鉱落ちが発生したと判断された動画像5個の計10ケースについて、本発明の実施形態に係る楕円形状の特定処理を含む観察方法と、本発明の実施形態に係る楕円形状の特定処理を実施しない特許文献1に開示の観察方法と、を利用して、高炉内の状態の判断を行った。なお、以下の処理では、明部平均画素数及び最高画素半径で規定される特徴量空間において、明部平均画素数≦100、かつ、最高画素半径≧108である領域を、微粉炭膨張が発生していると判断される領域とした。   Next, according to the embodiment of the present invention, a total of 10 cases of five moving images in which it is determined by visual observation that pulverized coal expansion has occurred and five moving images in which it has been determined that raw mining has occurred have occurred. The state in the blast furnace was determined using the observation method including the ellipse shape specifying process and the observation method disclosed in Patent Document 1 that does not perform the ellipse shape specifying process according to the embodiment of the present invention. . In the following processing, in the feature amount space defined by the average number of bright area pixels and the maximum pixel radius, pulverized coal expansion occurs in an area where the average number of bright area pixels ≦ 100 and the maximum pixel radius ≧ 108. The area was determined to be.

以下では、特許文献1に開示の観察方法を従来例として、得られた結果を、以下の表1及び図23Aに示すとともに、本発明の実施形態に係る観察方法を本発明例として、得られた結果を、以下の表2及び図23Bに示した。図23A及び図23Bにおいて、グラフ中の斜線で表わした領域が、上記の微粉炭膨張が発生していると判断される領域に該当する。   Below, the observation method disclosed in Patent Document 1 is taken as a conventional example, and the obtained results are shown in Table 1 and FIG. 23A below, and the observation method according to the embodiment of the present invention is obtained as an example of the present invention. The results are shown in Table 2 below and FIG. 23B. In FIG. 23A and FIG. 23B, the area | region represented by the oblique line in a graph corresponds to the area | region where it is judged that said pulverized coal expansion has generate | occur | produced.

表1、表2、図23A及び図23Bから明らかなように、特許文献1に開示の観察方法に基づく従来例では、5ケースの微粉炭膨張の動画像のうち2ケースは生鉱落ちと判断されたが、本発明例では、5ケースの微粉炭膨張の動画像の全てが微粉炭膨張と判断された。   As is clear from Tables 1 and 2 and FIGS. 23A and 23B, in the conventional example based on the observation method disclosed in Patent Document 1, it is determined that 2 cases out of 5 cases of moving images of pulverized coal expansion are raw ore missing. However, in the example of the present invention, all of the moving images of the pulverized coal expansion in the five cases were determined to be pulverized coal expansion.

このように、本発明の実施形態に係る高炉羽口状態観察方法を用いることで、陽炎による高炉羽口画像の揺らぎに依らずに、高炉羽口近傍の状態をより精度良く観察することが可能となることが明らかとなった。   As described above, by using the blast furnace tuyere state observation method according to the embodiment of the present invention, it is possible to observe the state near the blast furnace tuyere more accurately without depending on the fluctuation of the blast furnace tuyere image due to the heat. It became clear that.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

10 高炉羽口状態観察装置
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 楕円形状特定部
213 画像変換部
215 指標算出部
217 二値化画像生成部
219 明部分布情報生成部
221 特徴量算出部
223 軌跡情報生成部
225 状態判断部
231 飽和処理部
233 輪郭抽出部
235 形状算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Blast furnace tuyere state observation apparatus 100 Imaging apparatus 200 Arithmetic processing apparatus 201 Imaging control part 203 Image processing part 205 Display control part 207 Storage part 211 Ellipse shape specific part 213 Image conversion part 215 Index calculation part 217 Binary image generation part 219 Bright part distribution information generation unit 221 Feature amount calculation unit 223 Trajectory information generation unit 225 State determination unit 231 Saturation processing unit 233 Contour extraction unit 235 Shape calculation unit

Claims (11)

高炉羽口に設けられた撮像装置により撮像された熱放射輝度画像を利用して、羽口内の状態を観察する方法であって、
取得されたそれぞれの前記熱放射輝度画像における羽口の輪郭形状に楕円形状をあてはめ、前記輪郭形状に適合する楕円形状を特定する楕円形状特定ステップと、
前記楕円形状特定ステップにて特定された前記楕円形状の楕円パラメータを用いて、それぞれの前記輪郭形状が中心位置一定かつ半径一定の正規化円となるように、前記それぞれの熱放射輝度画像に対して幾何学変換を実施して、正規化画像を生成するとともに、当該正規化画像に対して極座標変換を行う画像変換ステップと、
前記画像変換ステップにて生成された前記極座標変換後の前記正規化画像を二値化して、二値化画像を生成する二値化画像生成ステップと、
生成された前記二値化画像を利用して、当該二値化画像に存在する明部の前記正規化円の径方向での分布を示す明部分布情報を生成する明部分布情報生成ステップと、
を含む、高炉羽口状態観察方法。
A method for observing the state in the tuyere using a thermal radiance image captured by an imaging device provided in the blast furnace tuyere,
Applying an elliptical shape to the contour shape of the tuyere in each acquired thermal radiance image, an elliptical shape identifying step for identifying an elliptical shape that matches the contour shape;
Using the ellipse parameters of the ellipse shape identified in the ellipse shape identification step, each of the thermal radiance images is subjected to a normalization circle having a constant center position and a constant radius. An image conversion step for performing geometric transformation to generate a normalized image and performing polar coordinate transformation on the normalized image;
A binarized image generating step for binarizing the normalized image generated in the image converting step and generating the binarized image;
A bright part distribution information generating step for generating bright part distribution information indicating a distribution in a radial direction of the normalized circle of bright parts existing in the binarized image using the generated binary image; ,
A method for observing blast furnace tuyere status.
前記特定された楕円形状の楕円パラメータは、楕円形状の中心位置座標、前記熱放射輝度画像の画像水平方向に対応する楕円形状の長軸方向長さ、及び、前記熱放射輝度画像の画像垂直方向に対応する楕円形状の短軸方向長さである、請求項1に記載の高炉羽口状態観察方法。   The ellipse parameters of the specified ellipse shape are the center position coordinates of the ellipse shape, the long axis direction length of the ellipse shape corresponding to the image horizontal direction of the thermal radiance image, and the image vertical direction of the thermal radiance image. 2. The blast furnace tuyere state observation method according to claim 1, wherein the length is an elliptical short-axis direction length corresponding to. 前記楕円形状特定ステップでは、前記羽口の輪郭部分の画像輝度値が強調された輪郭強度画像について、あてはめる楕円形状の弧上に位置する輪郭強度の線積分を含む評価関数を規定し、当該評価関数の極大値を与える楕円形状を特定する最適化問題を解くことで、前記輪郭形状に適合する楕円形状を特定する、請求項1又は2に記載の高炉羽口状態観察方法。   In the ellipse shape specifying step, an evaluation function including a line integral of the contour strength located on the arc of the elliptical shape to be applied is defined for the contour strength image in which the image luminance value of the contour portion of the tuyere is emphasized, and the evaluation The blast furnace tuyere state observation method according to claim 1 or 2, wherein an ellipse shape that matches the contour shape is identified by solving an optimization problem that identifies an ellipse shape that gives a local maximum value of the function. 前記楕円形状特定ステップでは、輪郭強度の線積分の定数倍から楕円の弧長を引いたものを前記評価関数として利用し、前記楕円形状の初期値として、前記羽口の外側を囲う楕円形状を設定し、勾配法により前記極大値を与える楕円形状を特定する最適化処理を実行する、請求項3に記載の高炉羽口状態観察方法。   In the ellipse shape specifying step, a value obtained by subtracting the arc length of the ellipse from a constant multiple of the line integral of the contour intensity is used as the evaluation function, and an elliptical shape surrounding the outside of the tuyere is used as the initial value of the elliptical shape. The blast furnace tuyere state observation method according to claim 3, wherein an optimization process is performed to identify an elliptical shape that is set and gives the maximum value by a gradient method. 前記楕円形状特定ステップでは、前記熱放射輝度画像を画像水平方向及び画像垂直方向にそれぞれ微分することで2種類の微分画像が生成され、当該2種類の微分画像をそれぞれ2乗した後に足し合わせることで輪郭強度画像が生成され、当該輪郭強度画像に基づいて前記楕円形状が特定される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の高炉羽口状態観察方法。   In the elliptical shape specifying step, two types of differential images are generated by differentiating the thermal radiance image in the horizontal direction and the vertical direction of the image, respectively, and the two types of differential images are squared and added together. The blast furnace tuyere state observation method according to any one of claims 1 to 4, wherein a contour strength image is generated and the elliptical shape is identified based on the contour strength image. 前記楕円形状特定ステップでは、前記微分画像の生成に先立ち、前記熱放射輝度画像に対して2次元ガウスフィルタ処理を施し、当該2次元ガウスフィルタ処理後の前記熱放射輝度画像を利用して、前記微分画像が生成される、請求項5に記載の高炉羽口状態観察方法。   In the elliptical shape specifying step, prior to the generation of the differential image, the thermal radiance image is subjected to a two-dimensional Gaussian filter process, and the thermal radiance image after the two-dimensional Gaussian filter process is used, The blast furnace tuyere state observation method according to claim 5, wherein a differential image is generated. 前記楕円形状特定ステップでは、前記熱放射輝度画像に対して飽和処理又は二値化処理が施された後に、前記輪郭強度画像が生成される、請求項5又は6の何れか1項に記載の高炉羽口状態観察方法。   7. The contour intensity image is generated according to any one of claims 5 and 6, wherein in the elliptical shape specifying step, a saturation process or a binarization process is performed on the thermal radiance image. Blast furnace tuyere state observation method. 前記楕円形状特定ステップでは、
それぞれの前記熱放射輝度画像のうちの最初の熱放射輝度画像に対する前記最適化処理の前記初期値、及び、前記最適化処理が失敗した場合における次回の最適化処理の初期値を、予め規定した楕円形状とし、
前記最初の熱放射輝度画像に対する最適化処理、及び、前記最適化処理が失敗した場合における次回の最適化処理時以外の最適化処理時には、前回の最適化処理の解である楕円形状の長軸方向長さ及び短軸方向長さを定数倍拡大したものを、初期値とする、請求項3〜7のいずれか1項に記載の高炉羽口状態観察方法。
In the elliptical shape specifying step,
The initial value of the optimization process for the first thermal radiance image of each of the thermal radiance images, and the initial value of the next optimization process when the optimization process fails are defined in advance. Oval shape,
In the optimization process for the first thermal radiance image and the optimization process other than the next optimization process when the optimization process fails, the long axis of the elliptical shape that is the solution of the previous optimization process The blast furnace tuyere state observation method according to any one of claims 3 to 7, wherein an initial value is obtained by multiplying the length in the direction and the length in the minor axis direction by a constant number.
前記明部分布情報生成ステップでは、前記二値化画像におけるそれぞれの径方向位置について、同一の前記径方向位置を有し、かつ、相異なる偏角位置を有する複数の画素に対応する画素値を積算して、得られた積算値を該当する前記径方向位置における前記明部分布情報の要素とする、請求項1〜8の何れか1項に記載の高炉羽口状態観察方法。   In the bright part distribution information generation step, pixel values corresponding to a plurality of pixels having the same radial position and different declination positions are provided for each radial position in the binarized image. The blast furnace tuyere state observation method according to any one of claims 1 to 8, wherein integration is performed and the obtained integrated value is used as an element of the bright portion distribution information at the corresponding radial position. 生成された前記明部分布情報を利用して、ある時刻における前記明部分布情報を特徴づける特徴量を算出する特徴量算出ステップと、
算出された前記特徴量を利用して、当該特徴量を用いて規定される特徴量座標系を設定し、複数の異なる時刻における前記明部分布情報に対応する前記特徴量の組み合わせで特定される前記特徴量座標系での点の、時間推移に伴う軌跡を示した軌跡情報を生成する軌跡情報生成ステップと、
生成された前記軌跡情報を利用して、羽口内の状態を判断する状態判断ステップと、
を更に含み、
前記特徴量算出ステップでは、所定の径方向範囲に含まれる前記要素の個数を特徴づける要素数特徴量と、要素の最大値を与える前記径方向位置を示した径方向位置特徴量と、を少なくとも算出する、請求項9に記載の高炉羽口状態観察方法。
A feature amount calculating step for calculating a feature amount characterizing the bright portion distribution information at a certain time using the generated bright portion distribution information;
Using the calculated feature quantity, a feature quantity coordinate system defined using the feature quantity is set, and specified by a combination of the feature quantities corresponding to the bright part distribution information at a plurality of different times. A trajectory information generation step for generating trajectory information indicating a trajectory associated with a time transition of a point in the feature amount coordinate system;
A state determination step of determining a state in the tuyere using the generated trajectory information;
Further including
In the feature amount calculating step, at least an element number feature amount characterizing the number of elements included in a predetermined radial direction range, and a radial position feature amount indicating the radial position giving the maximum value of the element are at least The blast furnace tuyere state observation method according to claim 9, which is calculated.
高炉羽口に設けられ、当該高炉羽口での熱放射輝度画像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像されたそれぞれの前記熱放射輝度画像に対して画像処理を実施する演算処理装置と、
を備え、
前記演算処理装置は、
取得されたそれぞれの前記熱放射輝度画像における羽口の輪郭形状に楕円形状をあてはめ、前記輪郭形状に適合する楕円形状を特定する楕円形状特定部と、
前記楕円形状特定部により特定された前記楕円形状の楕円パラメータを用いて、それぞれの前記輪郭形状が中心位置一定かつ半径一定の正規化円となるように、前記それぞれの熱放射輝度画像に対して幾何学変換を実施して、正規化画像を生成するとともに、当該正規化画像に対して極座標変換を行う画像変換部と、
前記画像変換部により生成された前記極座標変換後の前記正規化画像を二値化して、二値化画像を生成する二値化画像生成部と、
生成された前記二値化画像を利用して、当該二値化画像に存在する明部の前記正規化円の径方向での分布を示す明部分布情報を生成する明部分布情報生成部と、
を備える、高炉羽口状態観察装置。
An imaging device provided at a blast furnace tuyere and capturing a thermal radiance image at the blast furnace tuyere,
An arithmetic processing device that performs image processing on each of the thermal radiance images captured by the imaging device;
With
The arithmetic processing unit includes:
Applying an elliptical shape to the contour shape of the tuyere in each acquired thermal radiance image, an elliptical shape identifying unit that identifies an elliptical shape that matches the contour shape;
Using each of the elliptical parameters of the elliptical shape specified by the elliptical shape specifying unit, each of the contour shapes is a normalized circle having a constant center position and a constant radius. An image conversion unit that performs geometric conversion to generate a normalized image and performs polar coordinate conversion on the normalized image;
A binarized image generating unit that binarizes the normalized image generated by the image converting unit after the polar coordinate conversion and generates a binarized image;
A bright part distribution information generating unit that generates bright part distribution information indicating a distribution in a radial direction of the normalized circle of bright parts existing in the binarized image using the generated binary image; ,
A blast furnace tuyere state observation device.
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