JP2021179404A

JP2021179404A - 温度測定システム

Info

Publication number: JP2021179404A
Application number: JP2020086024A
Authority: JP
Inventors: 尚貴棚橋; Naotaka Tanahashi; 健太郎小森; Kentaro Komori
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2021-11-18

Abstract

【課題】測定対象物の温度測定精度の向上に貢献可能な温度測定システムを提供する。【解決手段】温度測定システム１０は、測定対象物１１０から放射された放射光を受光する受光部２１と、受光部２１によって受光した放射光のうち可視光線又は近赤外線の少なくとも一方に対応する波長の放射光における輝度を検出する輝度検出部２２と、輝度検出部２２によって検出した輝度に基づき、放射光の階調と輝度とのヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、ヒストグラム作成部によって作成されたヒストグラムから代表輝度を検出する代表輝度検出部と、代表輝度検出部によって検出された輝度に基づいて測定対象物１１０の温度を算出する温度算出部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、温度測定システムに関する。

特許文献１に記載の温度測定システムは、加熱炉内にて加熱される測定対象物の温度を、加熱炉外に配置されたサーモグラフィを用いて測定する。加熱炉には光学窓が設置されており、測定対象物から放射された赤外線は、光学窓を透過してサーモグラフィに到達する。この温度測定システムでは、サーモグラフィによって検出した赤外線の輝度に基づいて測定対象物の温度を測定する。温度測定システムは、加熱炉内の測定対象物の温度を非接触の状態で測定する。

特開２０１４−２１５０８４号公報

光学窓には、例えば石英ガラスなどの赤外線を吸収する素材が用いられている。そのため、測定対象物の温度を精度良く測定するためには、光学窓によって吸収される赤外線の量、すなわち光学窓の赤外線放射率の影響を考慮する必要がある。なお、例えばサファイヤ等の赤外線を吸収し難い素材で光学窓を構成することで、赤外線放射率の影響を考慮しない状態での温度の測定精度を高めることは可能であるが、この場合には加熱炉の製造コストが増大する。

本発明の目的は、測定対象物の温度測定精度の向上に貢献可能な温度測定システムを提供することにある。

上記課題を解決するための温度測定システムは、測定対象物から放射された放射光を受光する受光部と、前記受光部によって受光した放射光のうち可視光線又は近赤外線の少なくとも一方に対応する波長の放射光における輝度を検出する輝度検出部と、前記輝度検出部によって検出した輝度に基づき、放射光の階調と輝度とのヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、前記ヒストグラム作成部によって作成された前記ヒストグラムから代表輝度を検出する代表輝度検出部と、前記代表輝度検出部によって検出された前記代表輝度に基づいて前記測定対象物の温度を算出する温度算出部とを備える。

上記構成では、測定対象物から放射される放射光のうち、ガラスなどによって吸収され難い波長である可視光線及び近赤外線に対応する波長の放射光を用いて輝度を検出する。そのため、安価な石英ガラスなどによって構成される光学窓を備える加熱炉であっても、内部の測定対象物からの放射光の輝度に基づいて、測定対象物の温度を精度良く測定できる。したがって、上記構成によれば、測定対象物の温度測定精度の向上に貢献できる。

また、上記温度測定システムでは、可視光線又は近赤外線に対応する波長の中で特定の領域の波長を通過させるパスフィルタを備えることが望ましい。
測定対象物の温度が高いときほど放射光の輝度は大きくなる傾向がある。輝度検出部において検出可能な輝度には限界がある場合があることから、広い温度範囲の測定を可能にするためには、低温に対応する輝度と高温に対応する輝度との差が小さい方が望ましい。上記構成によれば、輝度検出部において、全ての波長ではなく特定の領域の波長に絞った上で輝度を検出することが可能になる。したがって、低温に対応する輝度と高温に対応する輝度との差を小さくして測定対象物に対して測定可能な温度範囲を広くすることが可能になる。

また、上記温度測定システムでは、前記受光部にて受光される放射光の光量を減少させる減光フィルタを備えることが望ましい。
測定対象物の温度が高いときほど放射光の輝度は大きくなる傾向がある。輝度検出部において検出可能な輝度には限界がある場合があることから、広い温度範囲の測定を可能にするためには、低温に対応する輝度と高温に対応する輝度との差が小さい方が望ましい。上記構成では、受光部にて受光される放射光の光量が減少するため、輝度検出部において検出される輝度において低温に対応する輝度と高温に対応する輝度との差を小さくできる。したがって、上記構成によれば、測定対象物に対して測定可能な温度範囲を広くすることが可能になる。

また、上記温度測定システムでは、前記温度算出部は、黒体の熱放射における温度と輝度との関係を示す関係式を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶された関係式に基づき前記代表輝度から前記測定対象物の温度を算出する実行部とを有することが望ましい。

発明者は、測定対象物の温度と上記ヒストグラムから検出される代表輝度との関係は、測定対象物の放射率が１より小さい場合や黒体とは材質が異なる場合であっても、黒体の熱放射における温度と輝度との関係と極めて高い一致性を有することを見出した。上記構成では、黒体の熱放射における温度と輝度との関係を示す関係式を記憶した上で、この関係式に基づき代表輝度から温度を算出するため、測定対象物の温度を精度良く算出できる。

上記温度測定システムによれば、測定対象物の温度測定精度の向上に貢献できる。

温度測定システムの一実施形態の構成を示す模式図。放射光の波長と分光放射輝度と測定対象物の温度との関係を示すグラフ。測定対象物の温度と検出輝度との関係を示すグラフ。情報処理装置の機能ブロック図。放射光の階調と輝度とのヒストグラム。黒体の熱放射における温度と輝度との関係を示すグラフ。

温度測定システムの一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。本実施形態では、加熱炉内にて加熱される測定対象物の温度を測定する温度測定システムを例に説明する。

図１に示すように、加熱炉１００は、内部に図示しない熱源を有する箱状のケース１０１を備えている。なお、熱源としては、例えばバーナーなどの火炎を発するものが設けられている。ケース１０１には開口部１０１Ａが設けられており、該開口部１０１Ａには光学窓１０２が設置されている。光学窓１０２は、赤外線を吸収し易い石英ガラスによって構成されている。ケース１０１の内部には、測定対象物１１０が収容されている。加熱炉１００では、熱源によって測定対象物１１０を加熱する。

温度測定システム１０は、加熱炉１００の外部に配置されている。温度測定システム１０は、加熱炉１００のケース１０１から離間して配置されたカメラ２０と、情報処理装置３０と、表示装置５０とを有している。また、温度測定システム１０は、加熱炉１００とカメラ２０との間に配置された減光フィルタ６０及びバンドパスフィルタ７０を有している。減光フィルタ６０は、バンドパスフィルタ７０に対して加熱炉１００側に配置されている。図１に一点鎖線の矢印で示すように、加熱炉１００内の測定対象物１１０から放射された放射光は、光学窓１０２を透過して加熱炉１００の外部に達した後、減光フィルタ６０及びバンドパスフィルタ７０を順に通過してカメラ２０に到達する。

カメラ２０は、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラであって、機能部として、受光部２１及び輝度検出部２２を備えている。受光部２１は、測定対象物１１０から放射された放射光を受光する。受光部２１は、受光した放射光の輝度に対応した電気信号を輝度検出部２２に送信する。輝度検出部２２は、送信された電気信号に基づき、放射光における輝度を検出する。以下では、輝度検出部２２によって検出された輝度を単に検出輝度という。

測定対象物１１０から放射された放射光には、可視光線（３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）及び近赤外線（７５０ｎｍ〜２５００ｎｍ）に対応する波長の光が含まれている。図２に示すように、測定対象物１１０の放射光におけるこれらの領域の波長と分光放射輝度との関係はプランク則に従う。また、測定対象物１１０の温度と分光放射輝度との関係はウィーン則に従うことから、測定対象物１１０の温度が高い場合の分光放射輝度は、温度が低い場合の分光放射輝度に比べて常に高い値を示す。

すなわち、図２に実線で示すように、測定対象物１１０の温度が低い場合、例えば８００ｎｍよりも若干長い波長Ｗ１の放射光から輝度の検出が可能となり、長い波長側ほど放射光の輝度が大きくなる傾向を示す。図２に一点鎖線で示すように、測定対象物１１０の温度が高くなると、測定対象物１１０の温度が低いときに比して放射光の輝度は大きくなる。測定対象物１１０の温度が高いときには、測定対象物１１０の温度が低いときに比して、より短い波長の放射光の輝度を検出することができる。すなわち、測定対象物１１０の温度が高いときには、例えば７００ｎｍよりも少し長い波長Ｗ２から輝度の検出が可能になる（Ｗ２＜Ｗ１）。また、測定対象物１１０の温度が高いときであっても、長い波長側ほど放射光の輝度が大きくなる傾向を示すが、波長が長いときほど温度の増加に伴う輝度の増大量は減少する。そのため、測定対象物１１０の温度が低い場合の輝度（図２の実線）と、測定対象物１１０の温度が高い場合の輝度（図２の一点鎖線）との差は、放射光の波長が長いときほど小さくなる。なお、図２の一点鎖線と実線との差で示す温度の違いによる分光放射輝度の差ΔＬｎの範囲内で輝度を検出することで測定対象物１１０の温度を精度良く求めることが可能になる。輝度検出部２２では、各波長における輝度を積算することで放射光の輝度を検出する。

減光フィルタ６０は、放射光が通過する際に、可視光線及び近赤外線に対応する波長の光を同じ割合で減光させる。これにより、受光部２１にて受光される放射光の光量が減少する。すなわち、測定対象物１１０の温度が低い場合、図２に実線で示すように、減光フィルタ６０を通過して受光部２１に達した放射光の輝度は、図２に破線で示すように、減光フィルタ６０を通過せずに受光部２１に達した放射光の輝度よりも小さくなる。また、測定対象物１１０の温度が高い場合、図２に一点鎖線で示すように、減光フィルタ６０を通過して受光部２１に達した放射光の輝度は、図２に二点鎖線で示すように、減光フィルタ６０を通過せずに受光部２１に達した放射光の輝度よりも小さくなる。なお、減光フィルタ６０は可視光線及び近赤外線に対応する波長の光を同じ割合で減光させることから、図２に白抜きの矢印で示すように、測定対象物１１０の温度が低い場合の減光フィルタ６０による輝度の低下度合いは、図２に黒矢印で示すように、測定対象物１１０の温度が高い場合の減光フィルタ６０による輝度の低下度合いよりも小さい。そのため、図２の一点鎖線と実線との差で示すように、減光フィルタ６０を通過して受光部２１に放射光が到達した場合の温度の違いによる輝度の差ΔＬｎは、図２の二点鎖線と破線との差で示すように、減光フィルタ６０を通過せずに受光部２１に放射光が到達した場合の温度の違いによる輝度の差ΔＬｒよりも小さくなる（ΔＬｎ＜ΔＬｒ）。このように、減光フィルタ６０によって、受光部２１にて受光される放射光の輝度の差ΔＬｎの範囲が調整される。

また、バンドパスフィルタ７０は、放射光のうち特定の領域の波長のみを通過させるフィルタである。本実施形態では、８４０ｎｍ〜８６０ｎｍの波長を通過させるバンドパスフィルタ７０を用いている。これにより、測定対象物１１０から放射された放射光のうち、可視光線及び近赤外線に対応する波長の中で特定の領域Ｒｂの波長のみが受光部２１に到達することとなる。また、８４０ｎｍ〜８６０ｎｍの波長には、火炎の放射光に対応する波長が含まれないことから、加熱炉１００内の熱源から発せられた火炎の放射光は、バンドパスフィルタ７０を通過できず、受光部２１に到達することはない。輝度検出部２２では、受光部２１に到達する領域Ｒｂ内の各波長における輝度を積算することで放射光の輝度を検出しているため、バンドパスフィルタ７０が設けられていない場合、すなわち放射光の全ての波長における輝度を積算することで放射光の輝度を検出する場合に比して、検出輝度を小さくすることができる。そのため、図２のハッチングの領域で示すように、測定対象物１１０の温度が小さい場合に検出される輝度（＝Ｋ１）と、測定対象物１１０の温度が高いときに検出される輝度（＝Ｋ１＋Ｋ２）との差（＝Ｋ２）を小さくできる。

図３に示すように、輝度検出部２２における検出輝度は、測定対象物１１０の温度が高くなるほど大きくなる傾向を示す。測定対象物１１０の温度が高いと、輝度検出部２２において検出される輝度に限界が生じることから、測定したい所望の温度域（例えば７００℃〜１４５０℃）において検出輝度が上限値を超えないことが望ましい。本実施形態では、減光フィルタ６０によって放射光の受光量を減少させつつ、バンドパスフィルタ７０によって放射光の受光波長を制限することで、測定したい温度域において検出輝度の上限値への到達を可能な限り抑制し、検出輝度と温度との相関を担保している。このように、減光フィルタ６０における減光割合や、バンドパスフィルタ７０における通過可能な波長領域は、測定したい温度域と検出輝度との関係から適宜設定すれば良い。

図１に示すように、温度測定システム１０の情報処理装置３０には、カメラ２０の受光部２１及び輝度検出部２２から送信された出力信号が入力される。情報処理装置３０は、ＣＰＵ３０Ａ、ＲＯＭ３０Ｂ、及びＲＡＭ３０Ｃを備えている。情報処理装置３０では、ＣＰＵ３０ＡがＲＯＭ３０Ｂに記憶されたプログラムをＲＡＭ３０Ｃに展開して各種処理を実行することにより、測定対象物１１０の温度を算出する。

図４に示すように、情報処理装置３０は、機能部として、前処理部４０、ヒストグラム作成部４１、代表輝度検出部４２、及び温度算出部４３を有している。
前処理部４０は、受光部２１からの出力信号と輝度検出部２２からの出力信号とに基づいて、カメラ２０の受光範囲内、すなわち撮影画像内における温度解析範囲を設定する。前処理部４０には、機能部として画像読込部４０Ａ、及び解析範囲指定部４０Ｂが設けられている。

画像読込部４０Ａは、受光部２１からの出力信号と輝度検出部２２からの出力信号に基づき測定対象物１１０の画像データを読み込む。
解析範囲指定部４０Ｂは、画像読込部４０Ａが読み込んだ画像データに基づき、温度解析範囲を指定する。温度解析範囲としては、例えば、画像データのうちで測定対象物１１０に該当する部分が抽出される。

ヒストグラム作成部４１は、輝度検出部２２の検出輝度に基づき、放射光の階調と輝度とのヒストグラムを作成する。ヒストグラム作成部４１は、機能部として、生成部４１Ａ及び補正部４１Ｂを有している。

生成部４１Ａは、受光部２１の出力信号、及び輝度検出部２２の出力信号に基づき、前処理部４０によって設定された温度解析範囲における放射光の階調と輝度とのヒストグラムを生成する。階調とは色の濃淡のことであり、一例として本実施形態では０から２５５までの２５６（＝２^８）段階で表している。なお、階調を表す際には、２５６段階に限らず、６５５３６（＝２^１６）段階のように、段階を適宜変更してもよい。

図５に示すように、本実施形態において生成されるヒストグラムでは、階調が０からＧ１の黒側の部分、並びに、階調がＧ４から２５５の最も白側の部分では検出輝度の分布が発生せず、階調がＧ１からＧ４までの中間部分に検出輝度の分布が発生する。検出輝度は、階調がＧ１からＧ２の間では、Ｇ２側ほど増大する傾向を示す。また、検出輝度は、階調がＧ２からＧ３の間では、階調に応じて若干異なる値を示すもののある程度近似した値となる傾向を示す。また、検出輝度は、階調がＧ３からＧ４の間では階調毎に大きく異なった値を示し、Ｇ３とＧ４との間では、２つの極大値を有する山型の分布となる傾向を示す。なお、２つの極大値のうちＧ４側（図５の右側）の極大値を示す階調からＧ４側の領域では、階調が大きくなるにつれて検出輝度は急激に減少し、階調がＧ４のときでは検出輝度は下限値に等しい値となる。

補正部４１Ｂは、生成部４１Ａによって生成されたヒストグラムを補正する。本実施形態では、補正部４１Ｂは、ヒストグラムをガウス関数で近似させる等のスムージング処理を行う。こうしたスムージング処理を行うことにより、ヒストグラム内のノイズを除去することができる。このように、ヒストグラム作成部４１では、生成部４１Ａによって生成したヒストグラムを、補正部４１Ｂによって補正することで、輝度検出部２２の検出輝度に基づき、放射光の階調と輝度とのヒストグラムを作成する。

代表輝度検出部４２は、ヒストグラム作成部４１によって作成されたヒストグラムから代表輝度を検出する。代表輝度検出部４２では、ヒストグラム作成部４１によって作成されたヒストグラムにおいて、輝度がある程度近似した値となる階調の領域Ｒｈ（Ｇ２〜Ｇ３）を抽出し、それ以外の階調の領域（０〜Ｇ２及びＧ３〜２５５）を削除する。そして、抽出した階調の領域Ｒｈ内におけるヒストグラムから代表輝度を検出する。本実施形態では、領域Ｒｈにおける輝度の平均値を代表輝度として検出する。なお、代表輝度検出部４２では、他の例として、領域Ｒｈにおける最小値や最大値を代表輝度として検出することも可能である。

温度算出部４３は、代表輝度検出部４２によって検出された代表輝度に基づいて測定対象物１１０の温度を算出する。図４に示すように、温度算出部４３は、機能部として記憶部４３Ａ及び実行部４３Ｂを有している。

記憶部４３Ａには、黒体の熱放射における温度と輝度との関係を示す関係式が記憶されている。この関係式は、例えば、黒体炉を用いた実験やシミュレーションに基づき算出することができる。黒体炉とは、黒体を内部に収容し、その温度を昇降、保持可能な温度可変炉である。黒体としては、赤外線放射率が１である完全な黒体だけを意味するのではなく、赤外線放射率が限りなく１に近い黒体近似物質も含まれており、例えば、炭素板のような平板状のものや、筒状の空洞体の内面をカーボンナノチューブ等によってコーティング処理した黒体空洞のような筒状のもの等が用いられる。黒体炉では、こうした黒体近似物質を含む黒体を加熱することにより該黒体の熱放射を発生させる。

図６に示すように、黒体の熱放射を発生させたときの該黒体の温度と放射された放射光の輝度との関係は、黒体の温度が高いときほど放射光の輝度が大きくなるような右肩上がりの直線となる。この直線は、減光フィルタ６０やバンドパスフィルタ７０の有無、減光フィルタ６０の減光度合い、及びバンドパスフィルタ７０の通過波長領域等の違いによって異なる。これらの直線を示す式が上記関係式として予め求められて、記憶部４３Ａに記憶されている。

実行部４３Ｂは、記憶部４３Ａに記憶された関係式のうち、測定対象物１１０の測定に用いた減光フィルタ６０やバンドパスフィルタ７０の条件に合致する関係式を選択し、その関係式に基づき、代表輝度検出部４２で検出された代表輝度から測定対象物１１０の温度を算出する。本実施形態では、実行部４３Ｂは、記憶部４３Ａに記憶された関係式のうち選択した関係式の輝度として代表輝度を代入することで、温度を算出する。

図１及び図４に示すように、情報処理装置３０の温度算出部４３によって測定対象物１１０の温度が算出されると、その情報は表示装置５０に送信される。表示装置５０は、測定者に測定対象物１１０の温度を報知するためのものであり、既知のディスプレイなどが用いられる。表示装置５０は、機能部として表示部５１を有し、表示部５１は温度算出部４３からの出力信号に基づき、測定対象物１１０の温度を表示する。このようにして、温度測定システム１０は、加熱炉１００内の測定対象物１１０の温度を非接触の状態で測定する。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）本実施形態では、測定対象物１１０から放射される放射光のうち、ガラスなどによって吸収され難い波長である可視光線及び近赤外線に対応する波長の放射光を用いて輝度を検出している。そのため、安価な石英ガラスなどによって構成される光学窓１０２を備える加熱炉１００であっても、内部の測定対象物１１０からの放射光の輝度に基づいて、測定対象物１１０の温度を精度良く測定できる。したがって、測定対象物１１０の温度測定精度の向上に貢献できる。

（２）測定対象物１１０の温度が高いときほど放射光の輝度は大きくなる傾向がある。輝度検出部２２において検出可能な輝度には限界がある場合があることから、広い温度範囲の測定を可能にするためには、低温に対応する輝度と高温に対応する輝度との差が小さい方が望ましい。本実施形態では、可視光線又は近赤外線に対応する波長の中で特定の領域Ｒｂの波長を通過させるバンドパスフィルタ７０を備えている。そのため、輝度検出部２２において、全ての波長ではなく特定の領域の波長に絞った上で輝度を検出することが可能になる。したがって、低温に対応する輝度と高温に対応する輝度との差を小さくして測定対象物１１０に対して測定可能な温度範囲を広くすることが可能になる。

また、加熱炉１００内に火炎を放射するバーナー等の熱源を備える場合、従来のようなサーモグラフィを用いた温度測定においては、測定対象物１１０の温度を精度良く測定するために火炎からの放射光の影響も考慮する必要がある。

本実施形態では、バンドパスフィルタ７０により、可視光線又は近赤外線に対応する波長の中で火炎の放射光に対応する波長を含まないように上記特定の領域Ｒｂを設定している。したがって、ガラス越し且つ火炎越しの測定であっても、加熱炉１００内の測定対象物１１０の温度を精度良く測定することが可能になる。

（３）また、本実施形態では、受光部２１にて受光される放射光の光量を減少させる減光フィルタ６０を備えている。そのため、輝度検出部２２において検出される輝度において低温に対応する輝度と高温に対応する輝度との差を一層小さくできる。したがって、測定対象物１１０に対して測定可能な温度範囲を広くすることが可能になる。

（４）図２に実線及び一点鎖線で示すように、測定対象物１１０の温度が低い場合の輝度と、測定対象物１１０の温度が高い場合の輝度との差ΔＬｎは、放射光の波長が長いときほど小さくなる傾向を示す。本実施形態では、バンドパスフィルタ７０における通過可能な波長を８４０ｎｍ〜８６０ｎｍに設定している。そのため、上記差ΔＬｎが過度に小さくなることを抑制でき、広い温度範囲の測定を可能にしつつも、測定対象物１１０の温度測定精度を担保することが可能になる。

（５）本実施形態では、温度算出部４３は、黒体の熱放射における温度と輝度との関係を示す関係式に基づき代表輝度から測定対象物１１０の温度を算出している。発明者は、測定対象物１１０の温度と上記ヒストグラムから検出される代表輝度との関係は、測定対象物の放射率が１より小さい場合や黒体とは材質が異なっている場合であっても、黒体の熱放射における温度と輝度との関係と極めて高い一致性を有することを見出した。これは、測定対象物１１０が例えば白色であって放射率が１よりも小さい場合の測定であっても、黒体の熱放射における関係式に基づき、測定対象物１１０の温度を精度良く算出できることを意味している。また、こうした一致性は、ガラス越し且つ火炎越しの測定の場合であっても維持されることも見出した。本実施形態では、黒体の熱放射における温度と輝度との関係を示す関係式を記憶した上で、この関係式に基づき代表輝度から温度を算出するため、測定対象物１１０の温度を精度良く算出できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、温度算出部４３は、黒体の熱放射における温度と輝度との関係式を予め記憶し、この関係式に代表輝度を代入することで測定対象物１１０の温度を算出したが、代表輝度に基づく温度の算出方法はこうしたものに限らない。例えば、温度算出部４３に、黒体の熱放射における温度と輝度との関係を示すマップを記憶し、この記憶されたマップを参照することで代表輝度から測定対象物１１０の温度を算出するようにしてもよい。

・上記実施形態では、減光フィルタ６０やバンドパスフィルタ７０をカメラ２０とは離間した位置に配置したが、減光フィルタ６０やバンドパスフィルタ７０をカメラ２０と一体に設けてもよい。この場合、カメラ２０のレンズに装着して一体化することも可能であるし、カメラ２０内の電子回路として減光フィルタ６０やバンドパスフィルタ７０と同様の機能を備えるフィルタ回路を設けることで一体化することも可能である。

・上記実施形態では、可視光線又は近赤外線に対応する波長の中で特定の領域Ｒｂの波長を通過させるバンドパスフィルタ７０を備えるようにしたが、こうした構成は変更することが可能である。例えば、第１の特定波長以下の波長のみを通過させるローパスフィルタを、可視光線又は近赤外線に対応する波長の中で特定の領域の波長を通過させるパスフィルタとして採用してもよい。また、第２の特定波長以上の波長のみを通過させるハイパスフィルタを、可視光線又は近赤外線に対応する波長の中で特定の領域の波長を通過させるパスフィルタとして採用してもよい。これらローパスフィルタ及びハイパスフィルタは、組み合わせて備えることも可能である。この場合、上記第２の特定波長よりも上記第１の特定波長が長くなる関係を満たすローパスフィルタとハイパスフィルタとの組み合わせを選択することで、放射光のうちで第２の特定波長から第１の特定波長の間の波長のみを通過させることができ、バンドパスフィルタ７０と同様の機能を得ることができる。

・減光フィルタ６０及び上記各パスフィルタの少なくとも一方を省略してもよい。なお、減光フィルタ６０に加えてまたは代えて、カメラ２０のシャッタースピードを調整することで、受光部２１にて受光される放射光の光量を減少させるようにしてもよい。

・輝度検出部２２における輝度の検出態様は上記実施形態のものに限らない。例えば、温度測定システム１０がパスフィルタを備えない場合、受光部２１には全ての波長の放射光が到達する。この場合、輝度検出部２２は、受光部２１から送信される電気信号のうち、可視光線及び近赤外線の少なくとも一方に対応する電気信号を選別して、選別した電気信号に基づいて輝度を検出する。こうした構成であっても、輝度検出部２２は、受光部２１によって受光した放射光のうち可視光線及び近赤外線に対応する波長の放射光における輝度を検出することが可能である。

・情報処理装置３０において、受光部２１で受光した放射光の明度を増幅させるための明度増幅部を機能部として備えるようにしてもよい。明度増幅部によって放射光の明度を増幅することによって、ヒストグラムにおける階調の段階を例えば２^１６等に細分化し易くなる。そのため、階調と輝度とのヒストグラムから代表輝度を検出する際の精度を向上させることができ、温度測定精度の向上を一層図ることが可能になる。なお、こうした場合であっても、輝度検出部２２によって検出された輝度に基づき、放射光の階調と輝度とのヒストグラムが作成されることはいうまでもない。

・ヒストグラムにおいて輝度を検出可能な階調の領域（本実施形態ではＧ１〜Ｇ４）は、温度測定精度向上の観点から広い方が望ましい。この領域の調整は、カメラ２０における露光時間や絞りを変更することで実現できる。

・情報処理装置３０は必ずしも前処理部４０を備える必要はない。例えば、画像読込部４０Ａ及び解析範囲指定部４０Ｂの機能による温度解析範囲の設定を行わない場合であっても、受光部２１からの出力信号と輝度検出部２２からの出力信号とに基づけば放射光の階調と輝度とのヒストグラムを作成することは可能である。

・ヒストグラム作成部４１において補正部４１Ｂを省略してもよい。また、生成部４１Ａが輝度を増幅する機能を有し、輝度検出部２２によって検出された輝度を増幅した上で、放射光の階調と輝度とのヒストグラムを生成することも可能である。このように検出輝度の値をそのまま用いるのではなく、該値に対して種々の補正を行った上でヒストグラムを生成するような構成であっても、生成部４１Ａは、輝度検出部２２によって検出された輝度に基づき、放射光の階調と輝度とのヒストグラムを生成しているといえる。

・代表輝度検出部４２は、ヒストグラム作成部４１によって作成されたヒストグラムのうち、領域Ｒｈ以外の部分も考慮して代表輝度を検出することも可能である。例えば、ヒストグラムにおける階調がＧ１〜Ｇ４の領域の輝度の平均値を代表輝度として検出することも可能である。

・上記実施形態では、代表輝度検出部４２は、ヒストグラムにおける検出輝度の平均値を代表輝度として検出したが、温度測定精度向上の観点では、代表輝度には、領域Ｒｈにおける最小値を選定することが望ましい。

・上記実施形態では、情報処理装置３０は、ＲＯＭ３０Ｂに記憶されたプログラムをＣＰＵ３０Ａが実行することにより、測定対象物１１０の温度を算出した。すなわち、情報処理装置３０は、測定対象物１１０の温度を算出するための全てのプログラムを記憶するＲＯＭ３０Ｂ等のプログラム格納装置と、該プログラムに従って処理を実行するＣＰＵ３０Ａ等の処理装置とを備える。そして、情報処理装置３０が、ソフトウェア処理を実行することにより、測定対象物１１０の温度を算出する処理を実行するようにした。情報処理装置３０は、このようにソフトウェア処理のみによって上記算出処理を行うものに限らない。例えば、上記実施形態において実行されるソフトウェア処理の少なくとも一部を実行する専用のハードウェア回路を備えるようにしてもよい。この構成は、例えば、上記実施形態において実行される処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置及びプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備えることで実現できる。また、例えば、上記実施形態において実行される処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備えることによっても実現することは可能である。このように、１または複数のソフトウェア処理回路、及び１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって上記算出処理を実行すればよい。

・カメラ２０、情報処理装置３０、及び表示装置５０の２つ以上を一体に設けることも可能である。例えば、カメラ２０の内部に情報処理装置３０を格納して一体化してもよいし、情報処理装置３０を表示装置５０の内部に格納して一体化してもよい。

・上記実施形態では、加熱炉１００内に配置された測定対象物１１０の温度を測定する温度測定システム１０を例に説明したが、温度測定システムの測定対象物はこうしたものに限らない。例えば、鋳造用の取鍋内の金属溶湯等を測定対象物とする温度測定システムであっても、上記実施形態と同様の構成を適用することはできる。

１０…温度測定システム
２０…カメラ
２１…受光部
２２…輝度検出部
３０…情報処理装置
３０Ａ…ＣＰＵ
３０Ｂ…ＲＯＭ
３０Ｃ…ＲＡＭ
４０…前処理部
４０Ａ…画像読込部
４０Ｂ…解析範囲指定部
４１…ヒストグラム作成部
４１Ａ…生成部
４１Ｂ…補正部
４２…代表輝度検出部
４３…温度算出部
４３Ａ…記憶部
４３Ｂ…実行部
５０…表示装置
５１…表示部
６０…減光フィルタ
７０…バンドパスフィルタ
１００…加熱炉
１０１…ケース
１０１Ａ…開口部
１０２…光学窓
１１０…測定対象物

Claims

測定対象物から放射された放射光を受光する受光部と、
前記受光部によって受光した放射光のうち可視光線又は近赤外線の少なくとも一方に対応する波長の放射光における輝度を検出する輝度検出部と、
前記輝度検出部によって検出した輝度に基づき、放射光の階調と輝度とのヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記ヒストグラム作成部によって作成された前記ヒストグラムから代表輝度を検出する代表輝度検出部と、
前記代表輝度検出部によって検出された前記代表輝度に基づいて前記測定対象物の温度を算出する温度算出部とを備える温度測定システム。
可視光線又は近赤外線に対応する波長の中で特定の領域の波長を通過させるパスフィルタを備える
請求項１に記載の温度測定システム。
前記受光部にて受光される放射光の光量を減少させる減光フィルタを備える
請求項１または２に記載の温度測定システム。
前記温度算出部は、黒体の熱放射における温度と輝度との関係を示す関係式を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶された関係式に基づき前記代表輝度から前記測定対象物の温度を算出する実行部とを有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度測定システム。