JP2017075822A - 煙点測定装置及び煙点測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像解析によって炎の先端位置を精度良く自動的に計測して画像表示することができる煙点測定装置及び煙点測定方法を提供する。【解決手段】被測定試料としての炭化水素燃料の炎を撮影した撮影画像を解析して、被測定試料の炎の先端位置を決定する画像処理装置１７を備え、画像処理装置１７は、炎の先端位置を示すカーソルの画像と、カーソルの画像が示す炎の先端位置の高さを測定するための、灯心管ガイドの上端位置を零点とする目盛の画像と、を撮影画像に合成して表示する制御を行う表示制御部２７を含む。【選択図】図４
Description
本発明は、煙点測定装置及び煙点測定方法に関し、特に炭化水素燃料の煙点を測定する煙点測定装置及び煙点測定方法に関する。
灯油、航空タービン燃料油などの炭化水素燃料の燃焼性を示す指標の１つである煙点は、ＪＩＳ Ｋ ２５３７に規定された試験器を用いて炭化水素燃料を燃焼させたときに、煙を生じない炎の最大高さをミリメートル（ｍｍ）単位で表したものである。
ＪＩＳ Ｋ ２５３７に規定された煙点の測定手順の概要は以下のとおりである。
（１）被測定試料としての炭化水素燃料を含浸させた灯心を、キャンドルの灯心管に差し込む。
（２）キャンドル内に被測定試料を２０ミリリットル（ｍｌ）貯留する。
（３）キャンドルに灯心管をねじ込む。
（４）灯心の燃焼端を灯心管の上端から６ｍｍの位置で切りそろえる。
（５）キャンドルをランプ内に下側から挿入し、キャンドルから突出している灯心の燃焼端に点火する。
（６）ランプ本体に対して上下方向にキャンドルを移動させることにより、炎の高さが１０ｍｍになるように、ランプの灯心管ガイドの上端から灯心が露出する長さを調節して、５分間被測定試料を燃やす。
（７）炎の先端から煙が出るまでキャンドルを上げた後、炎の状態の変化を目視で観測しながらゆっくりとキャンドルを下げる。
（８）炎が規定の形状になったときの炎の高さを目視で読み取り、測定煙点として記録する。
（１）被測定試料としての炭化水素燃料を含浸させた灯心を、キャンドルの灯心管に差し込む。
（２）キャンドル内に被測定試料を２０ミリリットル（ｍｌ）貯留する。
（３）キャンドルに灯心管をねじ込む。
（４）灯心の燃焼端を灯心管の上端から６ｍｍの位置で切りそろえる。
（５）キャンドルをランプ内に下側から挿入し、キャンドルから突出している灯心の燃焼端に点火する。
（６）ランプ本体に対して上下方向にキャンドルを移動させることにより、炎の高さが１０ｍｍになるように、ランプの灯心管ガイドの上端から灯心が露出する長さを調節して、５分間被測定試料を燃やす。
（７）炎の先端から煙が出るまでキャンドルを上げた後、炎の状態の変化を目視で観測しながらゆっくりとキャンドルを下げる。
（８）炎が規定の形状になったときの炎の高さを目視で読み取り、測定煙点として記録する。
しかしながら、従来の方法では、測定者によって認識される炎の形状と煙点は主観による部分が大きく、異なる測定者間で異なる結果が得られるなど、測定精度の面で問題があった。
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、画像解析によって炎の先端位置を精度良く自動的に計測して画像表示することができる煙点測定装置及び煙点測定方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る煙点測定装置は、炭化水素燃料を含浸させた灯心が差し込まれた灯心管を有し、当該灯心の所定長さ部分が当該灯心管の上端から突出しており、当該炭化水素燃料を燃焼させるキャンドルと、前記キャンドルを垂直方向に昇降させる昇降装置と、前記昇降装置により昇降する前記キャンドルの前記灯心管を垂直方向に案内する中空の灯心管ガイドを有し、当該キャンドルが内部に配置されるランプ本体と、前記灯心管ガイドの上端から露出する前記灯心の長さに応じて外形が変化する前記炭化水素燃料の炎を、連続的に撮影して得られる撮影画像を出力するカメラと、前記撮影画像を解析して、被測定試料としての炭化水素燃料の炎の先端位置を決定する画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、炎の先端位置を示すカーソルの画像と、当該カーソルの画像が示す炎の先端位置の高さを測定するための、前記灯心管ガイドの上端位置を零点とする目盛の画像と、を前記撮影画像に合成して表示する制御を行う表示制御部を含む構成である。
この構成により、本発明に係る煙点測定装置は、画像解析によって炎の先端位置を精度良く自動的に計測して画像表示することができる。
また、上記構成の煙点測定装置において、前記画像処理装置は、前記撮影画像のピクセルごとに階調情報を取得する階調情報取得部と、前記階調情報取得部により取得された階調情報に基づいて、炎の先端位置に相当するピクセル位置を決定する先端位置決定部と、を更に含む構成であってもよい。
この構成により、本発明に係る煙点測定装置は、画像解析によって撮影画像のピクセルごとに階調情報を取得することにより、炎の先端位置に相当するピクセル位置を精度良く自動的に決定することができる。
また、本発明に係る煙点測定方法は、炭化水素燃料を含浸させた灯心が差し込まれた灯心管を有し、当該灯心の所定長さ部分が当該灯心管の上端から突出しており、当該炭化水素燃料を燃焼させるキャンドルと、前記キャンドルを垂直方向に昇降させる昇降装置と、前記昇降装置により昇降する前記キャンドルの前記灯心管を垂直方向に案内する中空の灯心管ガイドを有し、当該キャンドルが内部に配置されるランプ本体と、前記灯心管ガイドの上端から露出する前記灯心の長さに応じて外形が変化する前記炭化水素燃料の炎を、連続的に撮影して得られる撮影画像を出力するカメラと、前記撮影画像を解析して、被測定試料としての炭化水素燃料の炎の先端位置を決定する画像処理装置と、を備える煙点測定装置を用いる煙点測定方法であって、炎の先端位置を示すカーソルの画像と、当該カーソルの画像が示す炎の先端位置の高さを測定するための、前記灯心管ガイドの上端位置を零点とする目盛の画像と、を前記撮影画像に合成して表示する制御を行う表示制御ステップを含む。
この構成により、本発明に係る煙点測定方法は、画像解析によって炎の先端位置を精度良く自動的に計測して画像表示することができる。
本発明は、画像解析によって炎の先端位置を精度良く自動的に計測して画像表示することができる煙点測定装置及び煙点測定方法を提供する。
以下、本発明に係る煙点測定装置及び煙点測定方法の実施形態について、図面を用いて説明する。
本発明の実施形態としての煙点測定装置は、発煙点や煙点に近い炎の先端部分では赤成分が強い領域が大きくなり、煙点から遠い炎の先端部分では赤成分が強い領域が小さくなることを利用して、炭化水素燃料の煙点を測定するものである。
図１に示すように、煙点測定装置１は、キャンドル１１が内部に配置されるランプ本体１２、昇降装置１３、カメラ１４、表示装置１５、操作装置１６、及び画像処理装置として機能する制御装置１７を主に備える。キャンドル１１及びランプ本体１２は、ＪＩＳ Ｋ ２５３７に規定された形状及び寸法を有している。
キャンドル１１は、図２に示すように、炭化水素燃料を含浸させた灯心１１ａが差し込まれた灯心管１１ｂを有し、灯心１１ａの所定長さ部分が灯心管１１ｂの上端から突出しており、炭化水素燃料を燃焼させるようになっている。
ランプ本体１２は、図２に示すように、煙筒１２ａ、目盛板１２ｂ、通気室１２ｃ、通気口１２ｄ、キャンドル保持器１２ｅ、及び灯心管ガイド１８を備える。目盛板１２ｂは、目視による測定で用いられ、炎の背後に設置される。さらに、本実施形態におけるランプ本体１２は、炭化水素燃料の炎から放射される光をカメラ１４が受光するための窓部１２ｆを側面に有している。
昇降装置１３は、キャンドル１１を垂直方向に昇降させるようになっている。具体的には、昇降装置１３は、被測定試料としての炭化水素燃料の煙点の測定前にキャンドル１１をキャンドル保持器１２ｅの下方から上昇させて、キャンドル１１の灯心１１ａをランプ本体１２の内部に配置させる。
また、昇降装置１３は、煙点の測定時には、炎の状態に応じてキャンドル１１をランプ本体１２内で昇降させる。キャンドル１１の灯心１１ａの上昇に従って、炎の高さ（以下、「炎高」ともいう）は上昇する。また、昇降装置１３は、煙点の測定後には、キャンドル１１をランプ本体１２内から下降させて、キャンドル保持器１２ｅからキャンドル１１を抜き出す。
灯心管ガイド１８は、中空であり、昇降装置１３により昇降するキャンドル１１の灯心管１１ｂを垂直方向に案内するようになっている。
表示装置１５は、例えばＬＣＤやＣＲＴなどの表示機器で構成され、制御装置１７からの制御信号に応じて各種表示内容を表示するようになっている。この表示内容には、カメラ１４により撮影された撮影画像、制御装置１７から出力された測定結果などが含まれる。さらに、表示装置１５は、測定条件などを設定するためのソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象を表示するものであってもよい。
操作装置１６は、キーボード、タッチパネル、又はマウスのような入力デバイスを含んで構成される。あるいは、操作装置１６は、ソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象が表示装置１５に表示される構成であってもよい。
カメラ１４は、灯心管ガイド１８の上端から露出する灯心１１ａの長さに応じて外形が変化する炭化水素燃料の炎を、連続的に撮影して得られる撮影画像を出力するようになっている。撮影画像は、白黒画像であってもカラー画像であってもよい。カメラ１４としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などを用いたイメージセンサを備えており、撮影画像をディジタルデータとして出力することが可能なディジタルカメラ又はディジタルビデオカメラを用いるのが好ましい。
カメラ１４から出力されるディジタルデータは、カメラ１４の撮像素子上における各画素の階調情報を含んでいる。この階調情報には、白黒画像の階調値、又は、カラー画像の例えばＲＧＢの階調値が含まれる。ただし、カラー画像の階調情報は、ＲＧＢ階調値に限定されるものではなく、その他の色情報を表現するデータ形式（ＹＵＶ，ＹＣｒＣｂなど）であってもよい。
図３は、カメラ１４により生成される撮影画像のサイズと炎高との関係を説明するための図である。煙点測定装置１の組み立て・調整の際に、例えば以下の（１）〜（４）の手順でカメラ１４の位置調整を行う。
（１）図３（ａ）に示すように、キャンドル１１がランプ本体１２内に配置されていない状態で、調整用のスケール５０を設置する。このとき、スケール５０の０ｍｍを示す線を灯心管ガイド１８の上端位置に一致させる。
（２）撮影画像におけるスケール５０の０ｍｍの線を、垂直方向の０ピクセルの位置（基準位置）としたときに、撮影画像における垂直方向の５００ピクセルが、例えば炎の高さの５０．０ｍｍに相当するように（５００ピクセル＝５０．０ｍｍ）、図３（ｂ）に示すような撮影画像を表示装置１５で確認しながらカメラ１４の位置を調整する。
（３）５００ピクセル＝５０．０ｍｍの場合、１ピクセルは０．１ｍｍに相当する。よって、撮影画像における炎の高さのピクセル数が１２３ピクセルの場合、制御装置１７は炎の高さを１２．３ｍｍと計算することになる。
（４）カメラ１４の位置調整が終了したら、スケール５０を取り除く。
（２）撮影画像におけるスケール５０の０ｍｍの線を、垂直方向の０ピクセルの位置（基準位置）としたときに、撮影画像における垂直方向の５００ピクセルが、例えば炎の高さの５０．０ｍｍに相当するように（５００ピクセル＝５０．０ｍｍ）、図３（ｂ）に示すような撮影画像を表示装置１５で確認しながらカメラ１４の位置を調整する。
（３）５００ピクセル＝５０．０ｍｍの場合、１ピクセルは０．１ｍｍに相当する。よって、撮影画像における炎の高さのピクセル数が１２３ピクセルの場合、制御装置１７は炎の高さを１２．３ｍｍと計算することになる。
（４）カメラ１４の位置調整が終了したら、スケール５０を取り除く。
図４は、制御装置１７の機能構成を示すブロック図である。制御装置１７は、例えばＣＰＵ、記憶部２０を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどを含むマイクロコンピュータで構成され、煙点測定装置１を構成する上記各部の動作を制御する。さらに、制御装置１７は、所定のプログラムを実行することにより、階調情報取得部２１、先端位置決定部２２、及び表示制御部２７をソフトウェア的に構成して、カメラ１４により撮影された撮影画像を解析するようになっている。
階調情報取得部２１は、カメラ１４によって撮影された撮影画像について、ピクセルごとに例えばＲＧＢの各値（階調値）のような階調情報を取得するようになっている。図５にカメラ１４により撮影された撮影画像の一例を示す。なお、図５においては、ｘ軸負方向が炎の高さ方向になっている。
先端位置決定部２２は、階調情報取得部２１により取得された階調情報に基づいて、所定の閾値以上の階調値を有するピクセルを、撮影画像において炎の領域を構成する複数のピクセルとして特定する。例えばＲＧＢの場合、所定の閾値以上の階調値とは、Ｒ値が４以上、かつ、Ｇ値が２以上、かつ、Ｂ値が０以上となる階調値である。
また、先端位置決定部２２は、炎の領域を構成する複数のピクセルのうち、図５における最も左側のピクセル、すなわち、炎の先端位置に相当する撮影画像のピクセル位置（以下、「先端ピクセル位置」ともいう）を決定するようになっている。
また、先端位置決定部２２は、先端ピクセル位置と、灯心管ガイド１８の上端位置に相当する撮影画像のピクセル位置（以下、「炎の下端位置」ともいう）との炎の高さ方向（ｘ軸方向）における位置の差と、撮影画像の１ピクセルと炎高の関係（例えば、１ピクセル＝０．１ｍｍ）とに基づいて、実際の炎の高さを算出するようになっている。ここで、炎の下端位置は、図３を用いて説明したカメラ１４の位置調整時に決定されている。
表示制御部２７は、図６に示すように、炎の先端位置を示すカーソルの画像（以下、単に「カーソル画像」ともいう）４１と、カーソル画像４１が示す炎の先端位置の高さを測定するための目盛の画像（以下、単に「目盛画像」ともいう）４２と、をカメラ１４により撮影された撮影画像４３に合成するようになっている。カーソル画像４１は、白黒画像であってもカラー画像であってもよい。同様に、目盛画像４２も、白黒画像であってもカラー画像であってもよい。
ここで、炎の先端位置の情報として、先端位置決定部２２で決定された先端ピクセル位置の情報が、表示制御部２７に入力される。
また、表示制御部２７は、カーソル画像４１及び目盛画像４２が合成された合成撮影画像４４を表示装置１５に表示させる制御を行うようになっている。
目盛画像４２は、灯心管ガイド１８の上端位置を零点として、撮影画像４３における炎の領域の右側又は左側に配置される。カーソル画像４１は、少なくとも目盛画像４２を横切るように配置されればよいが、図６に示すように、撮影画像４３における炎の領域の幅方向全体をカバーするように配置されていることが望ましい。なお、図６は、灯油の煙点（２５．８ｍｍ）の撮影画像を示している。
さらに、表示制御部２７は、カーソル画像４１及び目盛画像４２が合成された合成撮影画像４４を適宜記憶部２０に記憶させるようになっている。
以下、図６のグラフと図７のフローチャートを参照しながら、本実施形態の煙点測定装置１を用いた煙点測定方法について説明する。なお、下記の処理は、カメラ１４から撮影画像が出力されるたびに実行されるものとする。
まず、表示制御部２７は、炎の先端位置の高さを測定するための目盛画像４２を、カメラ１４により撮影された撮影画像４３に合成して表示装置１５に表示させる（ステップＳ１）。
次に、階調情報取得部２１は、カメラ１４によって撮影された撮影画像について、ピクセルごとに階調情報を取得する（ステップＳ２）。
次に、先端位置決定部２２は、炎の領域を構成する複数のピクセルから、先端ピクセル位置を決定する（ステップＳ３）。
次に、表示制御部２７は、ステップＳ１で目盛画像４２が合成された撮影画像において、ステップＳ３で決定された先端ピクセル位置を含む水平方向（炎の幅方向）に、炎の先端位置を示すカーソル画像４１を合成して表示装置１５に表示させる（ステップＳ４）。
次に、表示制御部２７は、ステップＳ４で得られた合成撮影画像４４を記憶部２０に記憶させる（ステップＳ５）。
以上説明したように、本実施形態の煙点測定装置１は、画像解析によって炎の先端位置を精度良く自動的に計測して画像表示することができる。
また、本実施形態の煙点測定装置１は、画像解析によって撮影画像のピクセルごとに階調情報を取得することにより、炎の先端位置に相当するピクセル位置を精度良く自動的に決定することができる。
１ 煙点測定装置
１１ キャンドル
１１ａ 灯心
１１ｂ 灯心管
１２ ランプ本体
１３ 昇降装置
１４ カメラ
１５ 表示装置
１７ 制御装置（画像処理装置）
１８ 灯心管ガイド
２０ 記憶部
２１ 階調情報取得部
２２ 先端位置決定部
２７ 表示制御部
４１ カーソル画像
４２ 目盛画像
４３ 撮影画像
４４ 合成撮影画像
１１ キャンドル
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Claims (3)
- 炭化水素燃料を含浸させた灯心が差し込まれた灯心管を有し、当該灯心の所定長さ部分が当該灯心管の上端から突出しており、当該炭化水素燃料を燃焼させるキャンドルと、
前記キャンドルを垂直方向に昇降させる昇降装置と、
前記昇降装置により昇降する前記キャンドルの前記灯心管を垂直方向に案内する中空の灯心管ガイドを有し、当該キャンドルが内部に配置されるランプ本体と、
前記灯心管ガイドの上端から露出する前記灯心の長さに応じて外形が変化する前記炭化水素燃料の炎を、連続的に撮影して得られる撮影画像を出力するカメラと、
前記撮影画像を解析して、被測定試料としての炭化水素燃料の炎の先端位置を決定する画像処理装置と、を備え、
前記画像処理装置は、
炎の先端位置を示すカーソルの画像と、当該カーソルの画像が示す炎の先端位置の高さを測定するための、前記灯心管ガイドの上端位置を零点とする目盛の画像と、を前記撮影画像に合成して表示する制御を行う表示制御部を含むことを特徴とする煙点測定装置。 - 前記画像処理装置は、
前記撮影画像のピクセルごとに階調情報を取得する階調情報取得部と、
前記階調情報取得部により取得された階調情報に基づいて、炎の先端位置に相当するピクセル位置を決定する先端位置決定部と、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の煙点測定装置。 - 炭化水素燃料を含浸させた灯心が差し込まれた灯心管を有し、当該灯心の所定長さ部分が当該灯心管の上端から突出しており、当該炭化水素燃料を燃焼させるキャンドルと、
前記キャンドルを垂直方向に昇降させる昇降装置と、
前記昇降装置により昇降する前記キャンドルの前記灯心管を垂直方向に案内する中空の灯心管ガイドを有し、当該キャンドルが内部に配置されるランプ本体と、
前記灯心管ガイドの上端から露出する前記灯心の長さに応じて外形が変化する前記炭化水素燃料の炎を、連続的に撮影して得られる撮影画像を出力するカメラと、
前記撮影画像を解析して、被測定試料としての炭化水素燃料の炎の先端位置を決定する画像処理装置と、を備える煙点測定装置を用いる煙点測定方法であって、
炎の先端位置を示すカーソルの画像と、当該カーソルの画像が示す炎の先端位置の高さを測定するための、前記灯心管ガイドの上端位置を零点とする目盛の画像と、を前記撮影画像に合成して表示する制御を行う表示制御ステップを含むことを特徴とする煙点測定方法。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019187515A (ja) * | 2018-04-18 | 2019-10-31 | グリー株式会社 | コンピュータプログラム、制御方法および情報処理装置 |
| CN111402193A (zh) * | 2018-12-30 | 2020-07-10 | 贵州中烟工业有限责任公司 | 一种烟灰完整性分析的方法及相关装置 |
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