JP2022044978A - 出銑滓流幅測定装置および出銑滓流幅測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、画像に基づいて出銑滓流の幅をより精度よく求めることができる出銑滓流幅測定装置および出銑滓流幅測定方法を提供する。【解決手段】本発明の出銑滓流幅測定装置Ｄは、出銑口から流れ出る、溶銑と溶滓とが混在した出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を取得する画像取得部１と、画像取得部１で取得した複数の画像それぞれからエッジを抽出することによって複数のエッジ画像を生成するエッジ画像生成部２２と、エッジ画像生成部２２で生成した複数のエッジ画像に基づいて出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成する対象画像生成部２３と、対象画像生成部２３で生成した幅演算対象画像に基づいて前記出銑滓流の幅を求める幅演算部２４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、出銑口から出る出銑滓流の幅を測定する出銑滓流幅測定装置および出銑滓流幅測定方法に関する。

例えば、鉄鉱石を熱処理することによって鉄を取り出す高炉では、銑滓量の増加は、炉況に、例えば送風圧力の上昇やガスの流れの悪化等の、好ましくない影響を与える。このため、銑滓レベルの管理は、操業上、重要である。銑滓レベルとは、高炉炉内に貯留した溶銑の上部でかつ溶滓（スラグ）が存在する部位の高さ方向の位置である。しかしながら、高炉のような竪型炉において、銑滓が高温であるため、一般に、銑滓レベルの測定は、容易ではない。このような銑滓レベルを測定する技術は、例えば、特許文献１や特許文献２に提案されている。

この特許文献１に開示された高炉炉底電位差測定装置は、高炉炉底レンガに複数個の電位測定点を高さ方向に間隔を開けて設け、前記電位測定点から高炉炉体外部まで延びる導線を設け、該導線を用いて前記電位測定点の間の電位差を測定する装置である。前記特許文献２に開示された竪型炉内の溶融物レベル計測装置は、竪型炉の高さ方向に沿って並ぶ複数の電極を設け、その複数の電極のうちの最上部および最下部に設けた２本の電極を電流印加用電極として電流を印加し、該電流印加用電極以外の複数の電極を電圧検出用電極として電圧を計測し、上記印加した電流値と、上記計測した電圧値とから竪型炉内の溶融物レベルを計測する装置である。

これら特許文献１や特許文献２に提案されている技術では、煉瓦の損耗やその浸潤状態の経時変化、炉内付着物の有無やその付着状態の変動、および、溶銑滓の温度やその成分変動等の影響を受けることが想定され、長期にわたる信頼性を確保することは、困難と考えられる。そして、これら技術では、高炉炉体に電極設置用の開口が設けられたり、高額な信号発生源（装置）や高電圧電源装置等が必要であったりするため、これら技術は、簡便な手法とは言えない。

一方、出銑滓量の測定ができれば、投入原料から計算される銑滓量との収支差によって銑滓レベルを推定できるが、その出銑滓量を測定するための出銑滓流の流速測定に関して、高温溶融物である溶銑滓の流速を機械方式や超音波方式等の流量計で測定することは、困難である。このため、画像に基づき出銑滓量を測定する技術が、例えば、特許文献３や特許文献４に提案されている。

この特許文献３に開示された溶滓量計測装置は、竪型炉に備えられた出銑口から吐出され、且つ溶銑と溶滓とが混在する流れである出銑滓流の画像を撮像する撮像手段と、撮像された前記画像を用いて、前記出銑滓流の流れ方向に垂直な断面の半径ｒを求める出銑滓流算出部と、求めた前記半径ｒと、前記出銑滓流の速度ｖとを基に、前記竪型炉から吐出される前記溶滓量Ｍｓを算出する溶滓量算出部と、を有する。前記特許文献４に開示された高炉出銑口径の測定装置は、高炉出銑口から流出する溶銑・溶融スラグ噴流の熱放射輝度２次元分布画像を撮像する固体撮像装置と、得られた複数の画像間で輝度の差分を計算して差分絶対値画像を生成し、この差分絶対値画像に基づいて、溶銑・溶融スラグ噴流の直径を算出する画像処理装置とを有し、前記固体撮像装置は露光時間が短い高速シャッターで撮像する。

特開２００３－１５５５０８号公報 特開２００８－２６６６６９号公報 特開２０１６－００６２２１号公報 特開２００７－００２３０７号公報

出銑滓流は、樋（出銑樋）と呼ばれる流路に吐出され流れていく。このとき、溶銑滓が樋に溜まることで一定レベルの湯面を形成し（以下、「湯だまり」と呼称する）、画像に写り込む場合がある。このような場合に、湯面レベルの高さによっては、画像上、出銑滓流と重なるように湯だまりが現れる場合がある。カメラの設置位置や設置角度によっては、高頻度で湯だまりが写り込んでしまう。出銑滓流のみが画像に写る場合、出銑滓流は、約１５００℃程度の高温であるため、背景の像と出銑滓流の像との輝度差が明確であるため、出銑滓流の幅の測定は、比較的、容易である。しかしながら、湯だまりも画像に写る場合、湯だまりは、出銑滓流と近い温度であるため、湯だまりの像と出銑滓流の像との輝度差が小さく、出銑滓流の幅の測定が困難になってしまう。

前記特許文献３では、背景の像と出銑滓流の像との輝度差によって出銑滓流を判別しているため、湯だまりも画像に写る場合、上述のように、出銑滓流の幅の測定が難しい。

前記特許文献４では、複数の画像における差分絶対値画像に基づいて出銑滓流を判別している。このため、出銑滓流の外周部から溶銑滓が飛散した場合、飛散部分は、差分絶対値が大きくなるから、飛散部分を含めて出銑滓流として判別されるため、その分、出銑滓流の幅に誤差が含まれてしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、画像に基づいて湯だまりと出銑滓流とを弁別して出銑滓流の幅をより精度よく求めることができる出銑滓流幅測定装置および出銑滓流幅測定方法を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる出銑滓流幅測定装置は、出銑口から流れ出る、溶銑と溶滓とが混在した出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部で取得した複数の画像それぞれからエッジを抽出することによって複数のエッジ画像を生成するエッジ画像生成部と、前記エッジ画像生成部で生成した複数のエッジ画像に基づいて出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成する対象画像生成部と、前記対象画像生成部で生成した幅演算対象画像に基づいて前記出銑滓流の幅を求める幅演算部とを備える。好ましくは、上述の出銑滓流幅測定装置において、前記画像取得部は、前記出銑滓流を撮像することによって時系列に並ぶ複数の画像を生成する撮像装置である。好ましくは、上述の出銑滓流幅測定装置において、前記画像取得部は、外部の機器との間でデータを入出力するインターフェース回路であり、前記外部の機器は、前記出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を記憶した記憶媒体である。好ましくは、上述の出銑滓流幅測定装置において、前記画像取得部は、外部の機器との間でデータを入出力するインターフェース回路であり、前記外部の機器は、前記出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を記録した記録媒体からデータを読み込むドライブ装置である。好ましくは、上述の出銑滓流幅測定装置において、前記画像取得部は、外部の機器と通信信号を送受信する通信インターフェース回路であって、前記外部の機器は、ネットワークを介して前記通信インターフェース回路に接続され、前記出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を管理するサーバ装置である。

出銑滓流は、溶銑と溶滓とが混在しているので、出銑滓流が写り込んだ画像には、いわゆるマーブル模様が現れる。上記出銑滓流幅測定装置は、出銑滓流を撮像した画像からエッジを抽出するので、前記マーブル模様をエッジ情報として取り出すことができる。そして、上記出銑滓流幅測定装置は、出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成するので、湯だまりと出銑滓流とを弁別して出銑滓流の幅をより精度よく求めることができる。

他の一態様では、上述の出銑滓流幅測定装置において、前記対象画像生成部は、前記エッジ画像生成部で生成した複数のエッジ画像に対し、画素ごとに画素値を総和することによって１個の総和エッジ画像を、または、画素ごとに画素値の平均値を求めることによって１個の平均エッジ画像を、前記幅演算対象画像として生成する。好ましくは、上述の出銑滓流幅測定装置において、前記幅演算部は、前記対象画像生成部で生成した幅演算対象画像に対し、前記出銑滓流の流れる方向に応じた所定の一方向に沿った各画素の各画素値を合計することによって前記一方向に直交する直交方向に沿う各位置の各合計画素値を求め、前記求めた各位置の各合計画素値に基づいて前記出銑滓流の幅を求める。好ましくは、前記幅演算部は、所定の閾値以上の合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求める。好ましくは、上述の出銑滓流幅測定装置において、前記幅演算部は、前記対象画像生成部で生成した幅演算対象画像から、前記出銑滓流の流れる方向に応じた所定の一方向に直交する直交方向において、所定の閾値以上の画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求める。

上記出銑滓流幅測定装置は、前記幅演算対象画像として総和エッジ画像または平均エッジ画像を生成するので、エッジ情報を累積加算（積算）してエッジ情報を強調でき、このエッジ情報を強調した幅演算対象画像に基づいて出銑滓流の幅を求めるので、出銑滓流の幅をより精度よく求めることができる。特に、湯だまりが写り込んだ画像でも、上記出銑滓流幅測定装置は、湯だまりと出銑滓流とを弁別して出銑滓流の幅を求めることができる。

他の一態様では、上述の出銑滓流幅測定装置において、前記幅演算部は、前記対象画像生成部で生成した幅演算対象画像から２値化画像を生成し、前記２値化画像に対し、前記出銑滓流の流れる方向に応じた所定の一方向に沿った各画素の各画素値を合計することによって前記一方向に直交する直交方向に沿う各位置の各合計画素値を求め、前記求めた各位置の各合計画素値に基づいて前記出銑滓流の幅を求める。好ましくは、前記幅演算部は、所定の閾値以上の合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求める。

出銑滓の飛散や氾濫等によって画像に堆積物（以下、「ノロ」と呼称する。）が写り込む場合がある。ノロに起因する２値化画像の明部は、出銑滓流に起因する２値化画像の明部に比べて空間的に細い連結形状となる。前記空間的に細い連結とは、２値化画像において明部が繋がった領域を１つの連結領域と呼称した場合に、その連結領域の形状が細長い状態という意味である。上記出銑滓流幅測定装置は、幅演算対象画像から２値化画像を生成し、２値化画像から求めた前記直交方向に沿う各位置の各合計画素値に基づいて出銑滓流の幅を求めるので、ノロが写り込んだ画像でも、ノロと出銑滓流とを弁別して出銑滓流の幅を求めることができる。

他の一態様では、これら上述の出銑滓流幅測定装置において、前記複数の画像を取得する取得処理、前記複数のエッジ画像を生成するエッジ画像生成処理、前記幅演算対象画像を生成する対象画像生成処理、および、前記出銑滓流の幅を求める幅演算処理それぞれを、前記画像取得部、前記エッジ画像生成部、前記対象画像生成部、および、前記幅演算部それぞれに繰り返し実行させる繰返し実行部をさらに備え、前記幅演算部は、前記繰り返しの実行において、所定の閾値以上を連続して所定の回数以上となる合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求める。

このような出銑滓流幅測定装置は、前記繰り返しの実行において、所定の閾値以上を連続して所定の回数以上となる合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求めるので、出銑滓流における幅方向の両端での位置のゆらぎ（ばらつき）を除去した出銑滓流の幅を求めることができる。

本発明の他の一態様にかかる出銑滓流幅測定方法は、出銑口から流れ出る、溶銑と溶滓とが混在した出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を取得する画像取得工程と、前記画像取得工程で取得した複数の画像それぞれからエッジを抽出することによって複数のエッジ画像を生成するエッジ画像生成工程と、前記エッジ画像生成工程で生成した複数のエッジ画像に基づいて出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成する対象画像生成工程と、前記対象画像生成工程で生成した幅演算対象画像に基づいて前記出銑滓流の幅を求める幅演算工程とを備える。

このような出銑滓流幅測定方法は、出銑滓流を撮像した画像からエッジを抽出するので、前記マーブル模様をエッジ情報として取り出すことができる。そして、上記出銑滓流幅測定方法は、出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成するので、湯だまりと出銑滓流とを弁別して出銑滓流の幅をより精度よく求めることができる。

本発明にかかる出銑滓流幅測定装置および出銑滓流幅測定方法は、画像に基づいて湯だまりと出銑滓流とを弁別して出銑滓流の幅をより精度よく求めることができる。

実施形態における出銑滓流幅測定装置の構成を示すブロック図である。 前記出銑滓流幅測定装置によって判定される出銑滓流が流出する様子を説明するための図である。 一例として、湯だまりおよび出銑滓流の画像を示す図である。 一例として、図３に示す画像のエッジ画像を示す図である。 幅演算対象画像の生成方法およびその輝度プロファイルを説明するための図である。 実施形態における出銑滓流幅測定装置の動作を示すフローチャートである。 一例として、図３に示す画像の輝度プロファイルを示す図である。 比較例として、特許文献３に開示された手法による処理結果を説明するための図である。 一例として、変形形態による、図５に示す幅演算対象画像に基づく２値化画像およびその輝度プロファイルを示す図である。 一例として、湯だまり、ノロおよび出銑滓流の画像を示す図である。 比較例として、ノロを含む場合における、特許文献３に開示された手法による処理結果を説明するための図である。 一例として、ノロを含む場合における、複数のエッジ画像、幅演算対象画像およびその輝度プロファイルを示す図である。 一例として、変形形態による、図１２に示す幅演算対象画像に基づく２値化画像およびその輝度プロファイルを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

図１は、実施形態における出銑滓流幅測定装置の構成を示すブロック図である。図２は、前記出銑滓流幅測定装置によって判定される出銑滓流が流出する様子を説明するための図である。図３は、一例として、湯だまりおよび出銑滓流の画像を示す図である。図４は、一例として、図３に示す画像のエッジ画像を示す図である。図５は、幅演算対象画像の生成方法およびその輝度プロファイルを説明するための図である。図５Ａは、複数のエッジ画像およびその平均エッジ画像の幅演算対象画像を示し、図５Ｂは、図５Ａに示す幅演算対象画像の輝度プロファイルを示す。図５Ｂの縦軸は、幅演算対象画像での垂直方向（縦方向）の各位置であり、その横軸は、輝度（合計輝度）である。

実施形態における出銑滓流幅測定装置Ｄは、例えば、図１に示すように、画像取得部１と、制御処理部２と、入力部３と、出力部４と、インターフェース部（ＩＦ部）５と、記憶部６とを備える。

画像取得部１は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、出銑口から流れ出る、溶銑と溶滓とが混在した出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を取得する装置である。前記時系列に並ぶ複数の画像の生成間隔（画像のサンプリング間隔、動画のフレーム間隔）は、任意であってよく、例えば、出銑滓流の流速等を勘案して適宜に設定される。画像取得部１は、これら取得した複数の画像を制御処理部２へ出力する。

このような画像取得部１は、例えば、被写体の画像を生成する撮像装置である。前記撮像装置は、例えば、被写体における光学像を所定の結像面上に結像する結像光学系、前記結像面に受光面を一致させて配置され、前記被写体における光学像を電気的な信号に変換するエリアイメージセンサ、および、エリアイメージセンサの出力を画像処理することで前記被写体における画像を表すデータである画像データを生成する画像処理回路等を備えるデジタルカメラ等である。前記撮像装置は、静止画を生成するスチルカメラであってよく、また、動画像を生成するビデオカメラ（ムービーカメラ）であってよい。

前記撮像装置は、例えば、図２に示すように、高炉ＳＦに形成された出銑口ＰＨから、出銑樋カバーを備える出銑樋ＳＧへ、流出する出銑滓流ＰＳを撮像できるように適宜に配設される。例えば、前記撮像装置は、出銑滓流ＰＳの斜め上方から撮像できるように配設される。出銑滓流ＰＳは、比較的高速に出銑口ＰＨから流出するので、前記撮像装置は、この出銑滓流ＰＳの流速に応じた速度で撮像可能に構成される。このような撮像装置によって、例えば、図３に示す出銑滓流の画像が生成され取得される。図３に示す画像において、枠ＷＫ１内の紙面上方には出銑滓流が写り込まれ、枠ＷＫ１内の紙面下方には湯だまりが写り込まれている。出銑滓流は、溶銑と溶滓とが混在しているので、出銑滓流が写り込んだ画像には、いわゆるマーブル模様が現れる。前記撮像装置は、出銑滓流幅測定装置Ｄにおける他の各部２～６とともに図略の筐体に収容され、前記他の各部２～６と一体に構成されてよいが、本実施形態では、前記撮像装置は、前記他の各部２～６とは、別体に構成され、前記撮像装置は、前記出銑滓流ＰＳを撮像できるように、前記他の各部２～６から遠隔に配置され、有線または無線によって制御処理部２と通信可能に接続される。画像取得部１が撮像装置である場合、出銑口ＰＨから流出する出銑滓流ＰＳの幅を略リアルタイムで求めることができる。

あるいは、画像取得部１は、例えば、外部の機器との間でデータを入出力するインターフェース回路である。前記外部の機器は、前記出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を記憶した、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリおよびＳＤカード（登録商標）等の記憶媒体である。あるいは、前記外部の機器は、前記出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を記録した、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ－Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＤＶＤ－Ｒ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）等の記録媒体からデータを読み込むドライブ装置である。この画像取得部１としてのインターフェース回路は、有線または無線によって前記外部の機器に接続されてよい。あるいは、画像取得部１は、例えば、外部の機器と通信信号を送受信する通信インターフェース回路であって、前記外部の機器は、ネットワーク（ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ、公衆通信網を含む））あるいはＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して前記通信インターフェース回路に接続され、前記出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を管理するサーバ装置である。画像取得部１がインターフェース回路や通信インターフェース回路である場合、過去の事例における、出銑口ＰＨから流出する出銑滓流ＰＳの幅を解析できる。なお、画像取得部１がインターフェース回路や通信インターフェース回路である場合では、画像取得部１は、ＩＦ部５と兼用されてもよい（すなわち、ＩＦ部５が画像取得部１として用いられても良い）。

入力部３は、制御処理部２に接続され、例えば、測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、出銑滓流の幅を測定する上で必要な各種データを出銑滓流幅測定装置Ｄに入力する装置であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチ、キーボードおよびマウス等である。出力部４は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、入力部３から入力されたコマンドやデータ、および、出銑滓流幅測定装置Ｄによって求められた出銑滓流の幅等を出力する装置であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶表示装置）および有機ＥＬディスプレイ等の表示部（表示装置）や、プリンタ等の印刷装置等である。

ＩＦ５は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、例えば、外部の機器との間でデータを入出力する回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ－２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。また、ＩＦ部５は、例えば、データ通信カードや、ＩＥＥＥ８０２．１１規格等に従った通信インターフェース回路等の、外部の機器と通信信号を送受信する通信インターフェース回路であっても良い。

記憶部６は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、出銑滓流幅測定装置Ｄの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、画像取得部１で取得した複数の画像それぞれからエッジを抽出することによって複数のエッジ画像を生成するエッジ画像生成プログラムや、前記エッジ画像生成プログラムで生成した複数のエッジ画像に基づいて出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成する対象画像生成プログラムや、前記対象画像生成プログラムで生成した幅演算対象画像に基づいて前記出銑滓流の幅を求める幅演算プログラム等の制御処理プログラムが含まれる。前記各種の所定のデータには、例えば出銑滓流の幅を求めるための閾値（第１幅判定閾値）等の、各プログラムを実行する上で必要なデータ等が含まれる。記憶部６は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備える。記憶部６は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部２のワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。なお、記憶部６は、比較的大きな記憶容量を持つハードディスク装置を備えても良い。

制御処理部２は、出銑滓流幅測定装置Ｄの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、時系列に連続的に並ぶ複数の画像に基づき出銑滓流の幅を求めるための回路である。制御処理部２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部２は、前記制御処理プログラムが実行されることによって、制御部２１、エッジ画像生成部２２、対象画像生成部２３および幅演算部２４を機能的に備える。

制御部２１は、出銑滓流幅測定装置Ｄの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、出銑滓流幅測定装置Ｄ全体の制御を司るものである。

エッジ画像生成部２２は、画像取得部１で取得した複数の画像それぞれから、いわゆるエッジフィルタを用いてエッジを抽出することによって複数のエッジ画像を生成するものである。前記エッジフィルタは、例えばラプラシアンフィルタやソーベルフィルタ等である。例えば、図３に示す画像をラプラシアンフィルタでエッジを抽出すると、図４に示すエッジ画像が生成される。これにより図３に示す画像における出銑滓流のマーブル模様をエッジ情報として取り出すことができる。これに対し、湯だまりでは、マーブル模様がほとんど無いため、エッジ情報もほとんど現れない。

対象画像生成部２３は、エッジ画像生成部２２で生成した複数のエッジ画像に基づいて出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成するものである。これにより出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成するので、湯だまりと出銑滓流とを弁別できるようになる。より具体的には、対象画像生成部２３は、エッジ画像生成部２２で生成した複数のエッジ画像に対し、画素ごとに画素値の平均値を求めることによって１個の平均エッジ画像を、幅演算対象画像として生成するものである。例えば、図５Ａに示すように、６０枚の画像から生成された６０枚のエッジ画像から、幅演算対象画像として平均エッジ画像が生成される。これによりエッジ情報が累積加算され、エッジ情報が強調できる。あるいは、対象画像生成部２３は、エッジ画像生成部２２で生成した複数のエッジ画像に対し、画素ごとに画素値を総和することによって１個の総和エッジ画像を、幅演算対象画像として生成してもよい。

幅演算部２４は、対象画像生成部２３で生成した幅演算対象画像に基づいて出銑滓流の幅を求めるものである。より具体的には、幅演算部２４は、例えば、対象画像生成部２３で生成した幅演算対象画像に対し、出銑滓流の流れる方向に応じた所定の一方向に沿った各画素の各画素値を合計することによって前記一方向に直交する直交方向に沿う各位置の各合計画素値を求め、これら求めた各位置の各合計画素値に基づいて前記出銑滓流の幅を求める。より詳しくは、幅演算部２４は、所定の閾値（第１幅判定閾値）以上の合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求める。前記第１幅判定閾値は、適宜に設定され、例えば、輝度プロファイルの最大値の６０％に設定される。例えば、前記撮像装置が視野の左から右へ水平方向に出銑滓流が流れるように配設される場合、図５Ａに示す幅演算対象画像において、前記一方向は、紙面水平方向（横方向）であり、前記直交方向は、紙面垂直方向（縦方向）であり、このような各方向が予め設定され記憶され、幅演算部２４は、図５Ａに示す幅演算対象画像に対し、水平方向に沿う各画素の各画素値（図５Ａでは各輝度値）を合計することによって、図５Ｂに示すように、垂直方向に沿う各位置の合計画素値を輝度プロファイルとして求め、第１幅判定閾値Ｔｈ１以上の合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求める。ここで、図５Ｂに示すように、合計画素値が一旦第１幅判定閾値Ｔｈ１未満となって再び第１幅判定閾値Ｔｈ１以上となる場合があるが（前記出銑滓流の幅として抽出された位置範囲の紙面右寄りの部分）、このような場合では、図５Ｂに示すように、合計画素値が第１幅判定閾値Ｔｈ１以上になって現れる最大の長さが前記出銑滓流の幅として求めれてよい。

なお、上述では、幅演算対象画像から輝度プロファイルが求められ、出銑滓流の幅が求められたが、幅演算対象画像から直接的に出銑滓流の幅が求められてもよい。すなわち、幅演算部２４は、対象画像生成部２３で生成した幅演算対象画像から、出銑滓流の流れる方向に応じた所定の一方向に直交する直交方向において、所定の閾値（第３幅判定閾値）以上の画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求めてもよい。前記第３幅判定閾値は、複数のサンプルから、予め適宜に設定される。

これら制御処理部２、入力部３、出力部４、ＩＦ部５および記憶部６は、例えば、デスクトップ型やノード型等のコンピュータによって構成可能である。

次に、本実施形態の動作について説明する。図６は、実施形態における出銑滓流幅測定装置の動作を示すフローチャートである。

このような構成の出銑滓流幅測定装置Ｄは、その電源が投入されると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。その制御処理プログラムの実行によって、制御処理部２には、制御部２１、エッジ画像生成部２２、対象画像生成部２３および幅演算部２４が機能的に構成される。

そして、出銑滓流の幅を求めるにあたって、図６において、出銑滓流幅測定装置Ｄは、制御処理部２の制御部２１によって、画像取得部１から、出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を取得する（Ｓ１）。なお、画像取得部１が撮像装置である場合には、所定の時間間隔で前記撮像装置から時系列に連続的に各画像が制御処理部２に取り込まれ、記憶部６に記憶される。

次に、出銑滓流幅測定装置Ｄは、制御処理部２のエッジ画像生成部２２によって、画像取得部１で取得した複数の画像それぞれからエッジを抽出することによって複数のエッジ画像を生成する（Ｓ２）。

次に、出銑滓流幅測定装置Ｄは、制御処理部２の対象画像生成部２３によって、エッジ画像生成部２２で生成した複数のエッジ画像に基づいて幅演算対象画像を生成する（Ｓ３）。例えば、対象画像生成部２３は、エッジ画像生成部２２で生成した複数のエッジ画像に対し、画素ごとに画素値の平均値を求めることによって１個の平均エッジ画像を、幅演算対象画像として生成する。

次に、出銑滓流幅測定装置Ｄは、制御処理部２の幅演算部２４によって、対象画像生成部２３で生成した幅演算対象画像に基づいて出銑滓流の幅を求める（Ｓ４）。例えば、幅演算部２４は、対象画像生成部２３で生成した幅演算対象画像から輝度プロファイルを求め、所定の第１幅判定閾値以上の合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求める。

そして、出銑滓流幅測定装置Ｄは、制御処理部２の制御部２１によって、幅演算部２４で求めた出銑滓流の幅を出力部４に出力し、本処理を終了する（Ｓ５）。なお、必要に応じて、制御部２１は、この出銑滓流の幅をＩＦ部５から外部の機器へ出力しても良い。

以上説明したように、実施形態における出銑滓流幅測定装置Ｄおよびこれに実装された出銑滓流幅測定方法は、出銑滓流を撮像した画像からエッジを抽出するので、前記マーブル模様をエッジ情報として取り出すことができる。そして、上記出銑滓流幅測定装置Ｄおよび出銑滓流幅測定方法は、出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成するので、湯だまりと出銑滓流とを弁別して出銑滓流の幅をより精度よく求めることができる。

上記出銑滓流幅測定装置Ｄおよび出銑滓流幅測定方法は、前記幅演算対象画像として総和エッジ画像または平均エッジ画像を生成するので、エッジ情報を累積加算（積算）してエッジ情報を強調でき、このエッジ情報を強調した幅演算対象画像に基づいて出銑滓流の幅を求めるので、出銑滓流の幅をより精度よく求めることができる。

特に、湯だまりが写り込んだ画像でも、上記出銑滓流幅測定装置Ｄおよび出銑滓流幅測定方法は、湯だまりと出銑滓流とを弁別して出銑滓流の幅を求めることができる。

図７は、一例として、図３に示す画像の輝度プロファイルを示す図である。図８は、比較例として、特許文献３に開示された手法による処理結果を説明するための図である。図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれ、一例を示し、その紙面左側は、湯だまりが写り込んだ画像であり、紙面右側は、紙面左側の画像に対する、特許文献３に開示された手法による処理結果である。

例えば、図３に示す画像は、出銑滓流および湯だまりが写り込んだ画像であり、この画像の枠ＷＫ１内において、縦方向の各画素位置における横方向の平均画素値を求めることによって生成される輝度プロファイルは、図７に示すようになる。出銑滓流の輝度と湯だまりの輝度との差が小さいため、この図７に示す輝度プロファイルでは、出銑滓流に対応する輝度プロファイルの部分と湯だまりに対応する輝度プロファイルの部分とがなだらかに連続するから、出銑滓流の幅を求めるための閾値が設定し難く、出銑滓流と湯だまりとを弁別して、図７に示す輝度プロファイルから出銑滓流の幅を求め難い。一方、特許文献３に開示された手法でも、出銑滓流の輝度と湯だまりの輝度との差が小さいため、出銑滓流の幅を求めるための閾値が小さく設定されると、図８Ａに示すように、出銑滓流の幅が実際よりも大きく求められてしまい、出銑滓流の幅を求めるための前記閾値が大きく設定されると、図８Ｂに示すように、出銑滓流の幅が実際よりも小さく求められてしまい、出銑滓流と湯だまりとを弁別して、出銑滓流の幅を求め難い。

これに対し、図３ないし図５を用いて上述したように、本実施形態における出銑滓流幅測定装置Ｄおよび出銑滓流幅測定方法は、湯だまりと出銑滓流とを弁別して出銑滓流の幅を求めることができる。

なお、上述の実施形態では、前記幅演算対象画像として総和エッジ画像または平均エッジ画像が生成されたが、前記幅演算対象画像として中央値エッジ画像が生成されてもよい。前記中央値エッジ画像は、前記エッジ画像生成部で生成した複数のエッジ画像に対し、画素ごとに中央値を抽出することによって生成される。

また、上述の実施形態では、幅演算対象画像から出銑滓流の幅が求められたが、幅演算対象画像を２値化してから出銑滓流の幅が求められてもよい。

図９は、一例として、変形形態による、図５に示す幅演算対象画像に基づく２値化画像およびその輝度プロファイルを示す図である。図９Ａは、図５に示す幅演算対象画像の２値化画像を示し、図９Ｂは、図９Ａに示す２値化画像の輝度プロファイルを示す。図９Ｂの縦軸は、２値化画像での垂直方向（縦方向）の各位置であり、その横軸は、輝度（２値化された輝度の合計輝度）である。

この場合では、幅演算部２４は、対象画像生成部２３で生成した幅演算対象画像から２値化画像を生成し、前記２値化画像に対し、出銑滓流の流れる方向に応じた所定の一方向に沿った各画素の各画素値を合計することによって前記一方向に直交する直交方向に沿う各位置の各合計画素値を輝度プロファイルとして求め、前記求めた各位置の各合計画素値に基づいて前記出銑滓流の幅を求める。より詳しくは、幅演算部２４は、所定の閾値（第２幅判定閾値）以上の合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求める。２値化するための所定の閾値（２値化閾値）および前記第２幅判定閾値は、適宜に設定され、例えば、輝度プロファイルの最大値の６０％に設定される。この２値化画像の生成処理Ｓ１１は、図６に破線で示すように、上述の幅演算対象画像の生成処理Ｓ３の後に実行される。例えば、幅演算部２４は、図５Ａに示す幅演算対象画像から、図９Ａに示す２値化画像を生成し、この図９Ａに示す２値化画像に対し、水平方向に沿う各画素の各画素値（図９Ａでは０または１の輝度値）を合計することによって、図９Ｂに示すように、垂直方向に沿う各位置の合計画素値を輝度プロファイルとして求め、第２幅判定閾値Ｔｈ２以上の合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求める。このような変形形態の出銑滓流幅測定装置Ｄは、幅演算対象画像から２値化画像を生成し、２値化画像から求めた前記直交方向に沿う各位置の各合計画素値に基づいて出銑滓流の幅を求めるので、ノロが写り込んだ画像でも、ノロと出銑滓流とを弁別して出銑滓流の幅を求めることができる。

図１０は、一例として、湯だまり、ノロおよび出銑滓流の画像を示す図である。図１１は、比較例として、ノロを含む場合における、特許文献３に開示された手法による処理結果を説明するための図である。図１１の紙面左側は、湯だまりおよびノロが写り込んだ画像であり、その紙面右側は、紙面左側の画像に対する、特許文献３に開示された手法による処理結果である。図１２は、一例として、ノロを含む場合における、複数のエッジ画像、幅演算対象画像およびその輝度プロファイルを示す図である。図１２Ａは、複数のエッジ画像およびその平均エッジ画像の幅演算対象画像を示し、図１２Ｂは、図１２Ａに示す幅演算対象画像の輝度プロファイルを示す。図１２Ｂの縦軸は、幅演算対象画像での垂直方向（縦方向）の各位置であり、その横軸は、輝度（合計輝度）である。図１３は、一例として、変形形態による、図１２に示す幅演算対象画像に基づく２値化画像およびその輝度プロファイルを示す図である。図１３Ａは、図１２に示す幅演算対象画像の２値化画像を示し、図１３Ｂは、図１３Ａに示す２値化画像の輝度プロファイルを示す。図１３Ｂの縦軸は、２値化画像での垂直方向（縦方向）の各位置であり、その横軸は、輝度（２値化された輝度の合計輝度）である。

例えば、図１０に示す画像は、出銑滓流、湯だまりおよびノロが写り込んだ画像であり、この画像の枠ＷＫ２内の紙面上方には出銑滓流が写り込まれ、枠ＷＫ２内の紙面下方には湯だまりが写り込まれ、湯だまりの下端にノロが写り込まれている。特許文献３に開示された手法では、上述の図８の場合と同様に、出銑滓流の輝度と湯だまりの輝度との差が小さいため、図１１に示すように、出銑滓流と湯だまりとを弁別して、出銑滓流の幅を求め難い。上述の実施形態における出銑滓流幅測定装置Ｄでは、出銑滓流、湯だまりおよびノロが写り込んだ時系列な６０枚の画像から、図１２Ａに示す６０枚のエッジ画像が生成され、これら６０枚のエッジ画像から、図１２Ａの紙面右側に示す平均エッジ画像の幅演算対象画像が生成され、縦方向の各画素位置における横方向の合計画素値を求めることによって生成される輝度プロファイルは、図１２Ｂに示すようになる。この図１２Ｂに示す輝度プロファイルから、出銑滓流と湯だまりとを弁別して、出銑滓流の幅を求めることが可能であるが、ノロに起因するエッジ情報が大きいため、出銑滓流に対応する輝度プロファイルの部分だけでなく、ノロに対応する輝度プロファイルの部分でも第１幅判定閾値Ｔｈ１を越える部分が生じて輝度プロファイルがやや不明確となっている。一方、この変形形態における出銑滓流幅測定装置Ｄでは、図１２Ａに示す幅演算対象画像から、図１３Ａに示す２値化画像が生成され、縦方向の各画素位置における横方向の合計画素値を求めることによって生成される輝度プロファイルは、図１３Ｂに示すようになる。この図１３Ｂに示す輝度プロファイルでは、ノロに起因する合計画素値が低減されており、図１３Ｂに示す輝度プロファイルは、図１２Ｂに示す輝度プロファイルに比べて明確になり、出銑滓流の幅が求め易くなっている。これは、ノロに起因する２値化画像の明部は、出銑滓流に起因する２値化画像の明部に比べて空間的に細い連結となるため、２値化および横方向の合計画素値の演算（あるいは、その平均化）によって、ノロに起因するエッジ情報が抑制されるためと推察できる。

また、上述の実施形態において、出銑滓流幅測定装置Ｄは、図１に破線で示すように、前記複数の画像を取得する取得処理、前記複数のエッジ画像を生成するエッジ画像生成処理、前記幅演算対象画像を生成する対象画像生成処理、および、前記出銑滓流の幅を求める幅演算処理それぞれを、画像取得部１、エッジ画像生成部２２、対象画像生成部２３、および、幅演算部２４それぞれに繰り返し実行させる繰返し実行部２５を制御処理部２に機能的にさらに備え、幅演算部２４は、前記繰り返しの実行において、所定の閾値（前記第１ないし第３幅判定閾値のうちのいずれか１つの閾値）以上を連続して所定の回数以上となる合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求めてもよい。前記所定の回数は、複数のサンプルから、予め適宜に設定される。

例えば、図５Ｂに示すような輝度プロファイルが繰り返し求められ、連続した所定の回数の各輝度ファイルから求められた各出銑滓流の各幅における重複する部分（共通して幅とされた部分）が出銑滓流の幅とされる。あるいは、例えば、図９Ｂに示すような輝度プロファイルが繰り返し求められ、連続した所定の回数の各輝度ファイルから求められた各出銑滓流の各幅における重複する部分（共通して幅とされた部分）が出銑滓流の幅とされる。あるいは、例えば、図１３Ｂに示すような輝度プロファイルが繰り返し求められ、連続した所定の回数の各輝度ファイルから求められた各出銑滓流の各幅における重複する部分（共通して幅とされた部分）が出銑滓流の幅とされる。

このような出銑滓流幅測定装置Ｄは、前記繰り返しの実行において、所定の閾値以上を連続して所定の回数以上となる合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求めるので、出銑滓流における幅方向の両端での位置のゆらぎ（ばらつき）を除去した出銑滓流の幅を求めることができる。

また、上述の実施形態において、出銑滓流幅測定装置Ｄは、さらに、出銑滓流の流量を求めて出力してもよい。この場合では、例えば、出銑滓流が円柱形状と仮定され、上述のように求めた出銑滓流の幅が出銑滓流の直径とされる。そして、出銑滓流幅測定装置Ｄは、例えば、前記特許文献３に開示された手法によって出銑滓流の流速を求め、前記求めた出銑滓流の直径に基づいて出銑滓流の断面積を求め、これら断面積に流速を乗算することによって単位時間当たりの流量を求める。前記特許文献３では、異なる時点で生成された出銑滓流の２枚の画像において、パターンマッチングを用いた、出銑滓流を写し込んだ画像中での対応点探索によって出銑滓流の流速が求められている。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

１ 画像取得部
２ 制御処理部
６ 記憶部
２１ 制御部
２２ エッジ画像生成部
２３ 対象画像生成部
２４ 幅演算部
２５ 繰返し実行部

Claims (5)

1. 出銑口から流れ出る、溶銑と溶滓とが混在した出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部で取得した複数の画像それぞれからエッジを抽出することによって複数のエッジ画像を生成するエッジ画像生成部と、
   前記エッジ画像生成部で生成した複数のエッジ画像に基づいて出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成する対象画像生成部と、
   前記対象画像生成部で生成した幅演算対象画像に基づいて前記出銑滓流の幅を求める幅演算部とを備える、
   出銑滓流幅測定装置。
2. 前記対象画像生成部は、前記エッジ画像生成部で生成した複数のエッジ画像に対し、画素ごとに画素値を総和することによって１個の総和エッジ画像を、または、画素ごとに画素値の平均値を求めることによって１個の平均エッジ画像を、前記幅演算対象画像として生成する、
   請求項１に記載の出銑滓流幅測定装置。
3. 前記幅演算部は、前記対象画像生成部で生成した幅演算対象画像から２値化画像を生成し、前記２値化画像に対し、前記出銑滓流の流れる方向に応じた所定の一方向に沿った各画素の各画素値を合計することによって前記一方向に直交する直交方向に沿う各位置の各合計画素値を求め、前記求めた各位置の各合計画素値に基づいて前記出銑滓流の幅を求める、
   請求項２に記載の出銑滓流幅測定装置。
4. 前記複数の画像を取得する取得処理、前記複数のエッジ画像を生成するエッジ画像生成処理、前記幅演算対象画像を生成する対象画像生成処理、および、前記出銑滓流の幅を求める幅演算処理それぞれを、前記画像取得部、前記エッジ画像生成部、前記対象画像生成部、および、前記幅演算部それぞれに繰り返し実行させる繰返し実行部をさらに備え、
   前記幅演算部は、前記繰り返しの実行において、所定の閾値以上を連続して所定の回数以上となる合計画素値が存在する領域の長さを前記出銑滓流の幅として求める、
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の出銑滓流幅測定装置。
5. 出銑口から流れ出る、溶銑と溶滓とが混在した出銑滓流を撮像することによって生成された時系列に並ぶ複数の画像を取得する画像取得工程と、
   前記画像取得工程で取得した複数の画像それぞれからエッジを抽出することによって複数のエッジ画像を生成するエッジ画像生成工程と、
   前記エッジ画像生成工程で生成した複数のエッジ画像に基づいて出銑滓流の第１像における第１明るさと湯だまりの第２像における第２明るさとの間に差を生成するように幅演算対象画像を生成する対象画像生成工程と、
   前記対象画像生成工程で生成した幅演算対象画像に基づいて前記出銑滓流の幅を求める幅演算工程とを備える、
   出銑滓流幅測定方法。

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