JP2022535925A - コンピュータビジョンアプリケーションによって流体を検出するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、コンピュータビジョンアプリケーションを介して、システム（１１０）内及び／又はシステム（１１０）の周囲の流体（１０５）を認識及び監視する装置に関し、該装置は少なくとも以下の構成要素、少なくとも１つの発光染料（１０６）であって、各発光染料（１０６）は、染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有し、前記流体（１０５）に添加されるように構成されている、発光染料（１０６）と、少なくとも２つの発光体で構成され、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、前記システム（１１０）及び／又は前記システム（１１０）の周囲を含むシーン（１１１）を照射するように構成された光源（１０１）であって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、光源（１０１）と、前記シーンが前記光源（１０１）によって照射されたときに、前記シーンの放射輝度データを測定するように構成されたセンサ（１０２）と、前記シーン（１１１）が前記光源（１０１）によって照射されたときに、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーン（１１１）の放射輝度データから検出できるかどうかを判定し、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから検出され得る場合は、前記染料（１０６）が添加された流体（１０５）を識別するように構成された、データ処理ユニット（１０３）と、を備える、装置。【選択図】図１

Description

本発明は、コンピュータビジョンアプリケーションによって流体を検出及び／又は監視するための方法及び装置に関する。

コンピュータビジョンは、（幾つか挙げると）カメラ、ＬｉＤＡＲやレーダーなどの距離センサ、構造化光やステレオビジョンに基づく深度カメラシステムなどのセンサを介して周囲の情報を収集できる電子機器の豊富な使用により、急速な発展を遂げている分野である。これらの電子機器は、コンピュータ処理ユニットによって処理され、その結果、人工知能やコンピュータ支援アルゴリズムを用いて環境やシーンの理解を展開する生の画像データを提供する。この環境の理解を如何に展開するかについては多くの方法がある。一般的には、２Ｄ又は３Ｄの画像及び／又はマップが形成され、そして、これらの画像及び／又はマップはシーンとそのシーン内の物体の理解を展開するために分析される。コンピュータビジョンを改善するための１つの見込みは、シーン内の物体の化学的組成の成分を測定することである。２Ｄ又は３Ｄ画像として取得された環境内の物体の形状と外観は、環境の理解を展開するために使用されることができるが、これらの技術にはいくつかの欠点を有している。

コンピュータビジョン分野の課題の１つは、センサ、計算能力、ライトプローブなどの最小量の資源を用いて、高精度かつ低遅延で各シーン内の可能な限り多くの物体を識別できることにある。物体識別方法は、長年にわたって、リモートセンシング、物体識別、分類、認証又は認識と呼ばれてきた。本開示の範囲では、シーン内の物体を識別するコンピュータビジョンシステムの能力は、「物体認識」と呼ばれる。例えば、コンピュータによって写真を分析し、その写真の中のボールを識別／ラベル付けすることは、時にはボールの種類（バスケットボール、サッカーボール、野球ボール）、ブランド、状況などのさらなる情報を有するとしても、「物体認識」の用語に該当する。

一般に、コンピュータビジョンシステムで物体を認識するために利用される技術は、以下のように分類される。

技術１： 物理タグ（画像ベース）：バーコード、ＱＲコード（登録商標）、シリアルナンバー、テキスト、パターン、ホログラムなど。
技術２： 物理タグ（スキャン／密着ベース）：視野角依存顔料、アップコンバージョン顔料、メタクロミクス、カラー（赤／緑）、発光材料。
技術３： 電子タグ（パッシブ）：ＲＦＩＤタグなど。電力なしで対象物体に取り付けられる装置であって、必ずしも見えなくてもよいが、他の周波数（例えば無線）で作動することができる。
技術４： 電子タグ（アクティブ）：無線通信、光、無線、車両から車両、車両から任意のもの（Ｘ）など。種々の形で情報を発する対象物体上の電力駆動装置。
技術５： 特徴検出（画像ベース）：画像の分析及び識別、例えば、車について側面視で一定の距離にある２つの車輪；顔認識について２つの目と１つの口（この順序で）など。これは、既知の幾何学形状／形に依存する。
技術６： ディープラーニング／ＣＮＮベース（画像ベース）：車や顔などのラベル付けされた画像の多数の写真によってコンピュータをトレーニングし、該コンピュータが検出すべき特徴を決定し、対象物体が新しいエリアに存在する場合に予測する。識別すべき物体の各分類についてトレーニング手順を繰り返す必要がある。
技術７： 物体追跡方法：シーン内のアイテムを特定の順序に整理し、最初に順序付けられた物体にラベル付けをする。その後に、既知の色／幾何学形状／３Ｄ座標でシーン内の物体を追跡する。物体がシーンから離れて再び入ってくる場合は、「認識」は失われる。

以下では、上述の技術のいくつかの欠点が示されている。

技術１： 画像内の物体が遮蔽されている場合、又は物体の小さな部分だけが視界にある場合、バーコード、ロゴなどが読めない可能性がある。さらに、可撓性の物品上にあるバーコードなどは、歪む可能性があり、可視性を制限する。物体のすべての側面が、遠距離から見えるために、大きなバーコードを担持しなければならず、さもなければ、物体は近距離で正しい方向に向いている時のみ認識されるだけである。これは、例えば倉庫の棚上の物体のバーコードがスキャンされる場合に、問題となる。シーン全体にわたって操作する場合、技術１は、変化し得る環境光に依存する。
技術２： アップコンバージョン顔料は、それらの低量子収率による低レベルの発光のため、視認距離に限界がある。そのため、強力なライトプローブが必要となる。また、それらは通常不透明で大きい粒子であるため、コーティングの選択肢が限られる。さらに、それらの使用を複雑にしているのは、蛍光と光反射に比べて、アップコンバージョン反応が遅いということである。幾つかの適用は、使用される化合物に依存するこの独特の反応時間を利用するが、これは、そのセンサ／物体システムの飛行距離時間が予め知られている場合にのみ、可能である。これはコンピュータビジョンアプリケーションでは稀なケースである。これらの理由から、偽造防止センサは、正確さのために、読み取りのためのカバーされた／暗い部分と、プローブとしてのクラス１又は２のレーザと、対象物体への固定された限られた距離とを有している。

同様に視野角依存の顔料システムは、近距離でのみ機能し、複数の角度で見る必要がある。また、視覚的に心地よい効果に関しては、色が均一ではない。正しい測定を行うためには、入射光のスペクトルが管理されなければならない。単一の画像／シーン内では、角度依存のカラーコーティングを施した物体は、サンプルの次元に沿って、カメラに見える色を複数有している。

色ベースの認識は、測定された色が環境光条件に部分的に依存するため、困難である。したがって、シーンごとに基準サンプル及び／又は制御された光条件が必要となる。また、異なるセンサは、異なる色を識別する能力が異なり、また、センサの種類やメーカーによって異なり、センサごとに較正ファイルを必要とする。

環境光下での発光ベースの認識は、物体の反射成分と発光成分が一緒に加算されるため、困難なタスクとなる。一般的に、発光ベースの認識は、代わりに、暗い測定環境と、発光材料の励起領域の事前の知識を利用し、それによって正しいライトプローブ／光源が使用され得る。

技術３： ＲＦＩＤタグなどの電子タグは、回路、集電装置、アンテナを対象の物品／物体に取り付ける必要があり、コストを増加させ、設計を複雑化させる。ＲＦＩＤタグは存在するかどうかの情報を提供するが、シーンにわたって多数のセンサが使用されない限り、正確な位置情報を提供しない。
技術４： これらの能動的な手法では、対象物体を電源に接続する必要があり、サッカーボール、シャツ、又はパスタの箱などの単純な物品にはコストがかかりすぎ、したがって実用的ではない。
技術５： 遮蔽や異なる視野角は容易に結果を変化させるため、予測精度は、画像の品質とシーン内でのカメラの位置に大きく依存する。ロゴタイプの画像は、シーン内の複数の場所に存在することができ（すなわち、ロゴがボール、Ｔシャツ、帽子、又はコーヒーカップに存在し得るなど）、物体認識は推論による。物体の視覚パラメータは、多大な労力をかけて数学パラメータに変換されなければならない。形状を変えることができる柔軟な物体は、それぞれの可能な形がデータベースに含まれなければならないため、問題である。似た形の物体が対象物体と誤認される可能性があるため、常に固有の曖昧さが存在する。
技術６： トレーニング用データセットの質が方法の成功を決定する。認識／分類される各物体のために、多数のトレーニング用画像が必要とされる。技術５についての遮蔽や柔軟な物体の形の制限が適用される。数千以上の画像によって材料の各分類についてトレーニングする必要がある。
技術７： この技術は、シーンがあらかじめ整理されている場合に有効であるが、これは現実的ではない。対象物体がシーンから離れたり、完全に遮蔽されたりすると、上記の他の技術と組み合わされていない限り、物体は認識されない。

上記のような既存の技術の欠点の他に、言及すべきいくつかの課題がある。遠距離を見る能力、小さな物体を見る能力、物体を十分に詳細に見る能力は、すべて高解像度画像化システム、すなわち、高解像度カメラ、ＬｉＤＡＲ、レーダーなどを必要とする。高解像度の必要性は、関連するセンサのコストを増加させ、処理すべきデータ量を増加させる。

自律走行やセキュリティのように瞬時に応答する必要があるアプリケーションでは、遅延はもう１つの重要な側面である。処理される必要があるデータ量は、エッジコンピューティング又はクラウドコンピューティングがアプリケーションに適しているか否かを判定し、後者はデータ量が少ない場合にのみ可能である。エッジコンピューティングが重い処理に使用される場合、システムを作動させる機器は大型化し、使用の容易さ、したがって、実装を制限する。

このように、コンピュータビジョンアプリケーションの物体認識能力を向上させるのに適したシステム及び方法に対する要求が存在している。特に、固体表面の一部ではない分子の認識や感知は、電磁スペクトルの可視部分を利用するコンピュータビジョンシステムにはそのような機能がなく、多かれ少なかれ静的なジオメトリ、２Ｄ又は３Ｄの情報構造に依存しているため、独特の課題をもたらす。気体及び液体のように固定された境界条件を呈しない流体の場合、これらの形状ベースの認識方法と感知技術では不十分である。

そこで、本開示の目的は、気体及び液体などの流体、すなわち固体状境界を有しないで存在する分子の認識及び監視を可能にする装置及び方法を提供することであった。

本開示は、独立請求項の特徴を有する装置及び方法を提供する。実施形態は、従属請求項ならびに説明及び図面の対象である。

請求項１によれば、コンピュータビジョンアプリケーションを介して、システム内及び／又はシステムの周囲の流体を認識及び監視する装置が提供され、該装置は少なくとも以下の構成要素、
少なくとも１つの発光染料であって、各発光染料は、染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有し、流体に添加されるように構成されている、発光染料と、
前記少なくとも１つの発光染料を前記流体に添加、例えば混和するように構成されている装置と、
少なくとも２つの発光体で構成され、少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、特に周囲の照明条件下で、前記システム及び／又は前記システムの周囲を含むシーンを照射するように構成された光源であって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、光源と、
前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記システムを含む前記シーンの放射輝度データを測定するように構成されたセンサと、
前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから検出できるかどうかを検査し、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから検出できる場合は、前記染料が添加された流体を識別するように構成された、データ処理ユニットと、
を備える。

本開示の範囲内では、「蛍光性」及び「発光性」という用語は同義的に使用される。「蛍光」及び「発光」という用語についても同様である。「流体」という用語は、気体と液体を含み、すなわち、流体は気体でも液体でもよい。

この装置は、特にシステム内の漏れを検出するために使用することができる。その場合、システムは、システム（のパイプ）を通して連続的に運ばれる操作媒体として流体を使用する。その実施形態によれば、装置は、染料を流体に添加した後、システムを作動させて染料をシステム全体に循環させるように構成されたコントローラをさらに備えている。

前記可能な実施形態によれば、装置は、コンピュータビジョンアプリケーションを介してシステムの漏れを監視するために使用されるように構成されており、システムは、前記システムを通って連続的に運ばれる操作媒体として流体を使用し、データ処理ユニットは、染料特有の発光スペクトルパターンが放射輝度データから検出される場合に、システムの漏れを識別するようにさらに構成されている。

このように、コンピュータビジョンアプリケーションを介してシステムの漏れを監視する装置が提供されており、前記システムは、前記システム（のパイプ）を通して連続的に運ばれる操作媒体として流体を使用し、前記装置は、少なくとも以下の構成要素、
少なくとも１つの発光染料であって、各発光染料は、染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有し、前記流体に添加されるように構成されている、発光染料と、
前記システムを作動させて前記染料を前記システム全体に循環させるように構成されたコントローラと、
少なくとも２つの発光体で構成され、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、特に周囲の照明条件下で、前記システム及び／又は前記システムの周囲を含むシーン照射するように構成された光源であって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、光源と、
前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記システム及び／又はシステムの周囲を含む前記シーンの放射輝度データを測定するように構成されたセンサと、
前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから検出できるかどうかを検査し、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから検出できる場合は、前記システムの漏れを識別するように構成された、データ処理ユニットと、
を備える。

本開示の範囲内では、流体は、固体状境界を有しない物体、すなわち気体又は液体として理解される。流体は、固体表面の一部ではなく、固定された境界条件を示さない分子で構成されている。

そのため、ガラス、ボウル、皿、カップ中、又は透明なガラス若しくはプラスチックの容器に入った液体を監視することができる。

提案される装置のさらなる実施形態によれば、装置は、染料特有の発光スペクトルパターンが放射輝度データから抽出／検出できる場合は、事前に定義された動作を実行するように構成された出力ユニットをさらに備える。したがって、装置は、識別された流体の通知、特に、装置が漏れ検出に使用される場合には、システムの漏れの通知を出力することができ、及び／又は、漏れているシステムを停止することができ、及び／又は、窓を開ける、電気を切るなどの他の予防措置を開始することができる。

さらに別の実施形態によれば、装置は複数の異なる染料を備えており、異なる染料は異なる染料特有の反射スペクトルパターン及び／又は発光スペクトルパターンを有し、またシステム内の異なる流体経路で流体に添加されるように構成されており、これにより、染料特有の発光スペクトルパターンの１つが放射輝度データから検出／抽出され得る場合には、識別された流体の位置特定、したがって、装置が漏れ検知に使用される場合には識別された漏れの位置特定を可能にする。

さらなる実施形態によれば、装置は、適切に割り当てられたそれぞれの染料とともに発光スペクトルパターンを有するデータ記憶ユニットを備え、データ処理ユニットは、抽出された染料特有の発光スペクトルパターンと記憶された発光スペクトルパターンとの間の任意の数のマッチングアルゴリズムを使用して、抽出された染料特有の発光スペクトルパターンをデータ記憶ユニットに記憶されている発光スペクトルパターンとマッチングさせることによって、少なくとも１つの染料の染料特有の発光スペクトルパターンを識別するように構成される。マッチングアルゴリズムは、最低二乗平均平方根誤差、最低平均絶対誤差、最高決定係数、最大波長値のマッチング、の少なくとも１つを含む群から選択されてよい。

センサは一般的に、光子カウンティング機能を有する光センサである。より具体的には、センサは、モノクロカメラ、又はＲＧＢカメラ、又はマルチスペクトルカメラ、又はハイパースペクトルカメラであり得る。センサは上記のいずれかの組み合わせであってもよいし、又は、上記のいずれかと例えば特定フィルタを備えたモノクロセンサなどの調整可能又は選択可能なフィルタセットとの組み合わせであってもよい。センサは、シーンの単一のピクセルを測定してもよく、又は一度に多くのピクセルを測定してもよい。光センサは、特定のスペクトル範囲で、特に３つ以上のバンドで、光子をカウントするように構成されてよい。光センサは、広い視野のために、特にすべてのバンドを同時に読み、又は異なる時間に異なるバンドを読む複数の画素を有するカメラであってよい。

マルチスペクトルカメラは、電磁スペクトル上の特定の波長範囲の画像データを取得する。波長は、フィルタで分離されてもよく、赤外線や紫外線などの可視光域を超える周波数の光を含む特定の波長に感度を有する機器を使用することによって分離されてもよい。スペクトルイメージングは、赤、緑、青の受容体によって人間の目では捉えられない追加の情報の抽出を可能にする。マルチスペクトルカメラは、少数（通常３～１５）のスペクトルバンドで光を測定する。ハイパースペクトルカメラは、しばしば数百の連続したスペクトルバンドが利用可能であるスペクトルカメラの特別な例である。

光源は、それぞれが１つ以上のＬＥＤで構成された２つの発光体を有し、２つの発光体間の短い切り替え時間を有する切り替え可能な光源であってよい。光源は、少なくとも２つの異なる発光体間の切り替えが可能なものを選択されるのが好ましい。一部の方法では、３つ以上の発光体が必要な場合がある。発光体の全組み合わせを光源と称する。これを行う１つの方法は、異なる波長の発光ダイオード（ＬＥＤ）から発光体を作り出すことである。ＬＥＤは、迅速にオン及びオフに切り換えられ得、発光体間の迅速な切り換えを可能にする。異なる放射を有する蛍光光源を使用してもよい。異なるフィルタを有する白熱光源を使用してもよい。光源は、人間の目には見えない速さで発光体間を切り替えてもよい。ＬＥＤ又はその他の光源を用いて正弦波状の発光体を創成してもよく、これは提案されているコンピュータビジョンアルゴリズムのいくつかに有用である。

シーンの放射輝度データを測定するように構成されたセンサは、発光体間の光源の切り替えにリンクされ、同期されている。提案された装置のさらなる実施形態によれば、センサは、少なくとも２つの発光体のうちの１つの下でシーンからの放射輝度データを１度のみ発行するように、光源の切り替えに同期される。つまり、センサは、１つの発光体がアクティブである間だけ情報を取得するように構成されてよい。それは１つ以上の発光体がアクティブの間に情報を取得／測定し、様々なアルゴリズムを使用して、発光体のサブセットの放射輝度を計算して発行するように構成されていてもよい。また、それは光源のアクティブ前、アクティブ後、又はアクティブ中の特定の期間にシーンの放射輝度を取得するように構成されてもよく、光パルスよりも長く又は短く持続してもよい。つまり、センサはスイッチングにリンクしているが、１つだけの発光体がアクティブの間に放射輝度データを取得する必要は必ずしもないことを意味する。この手順は、ノイズを低減するために、又はセンサのタイミングの制限のために、一部のシステムで有利であり得る。

センサを光源に同期させること、及び、センサがセンサ統合時間中に発光体の状態を追跡することが可能である。光源のスペクトル変化は、ネットワークを介して、センサ統合時間と同期して作動する制御ユニットによって管理される。ネットワークに接続された複数の光源が、同じ時間的及びスペクトル的変化の周波数を有するように同期されることができ、効果を増幅させることができる。

一般的に、少なくとも光源、センサ、データ処理ユニット、データ記憶ユニット（データベース）は、それぞれの通信接続を介して相互にネットワーク化されている。このように、監視装置の異なる構成要素間の各通信接続は、それぞれ、直接接続又は間接接続であってよい。各通信接続は、有線接続又は無線接続であってよい。それぞれの適切な通信技術が使用されてよい。データ処理ユニット、センサ、データ記憶ユニット、光源はそれぞれ相互に通信するための１つ以上の通信インターフェースを含んでよい。このような通信は、ファイバ分散データインタフェース（ＦＤＤＩ）、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、イーサネット、非同期転送モード（ＡＴＭ）などの有線データ伝送プロトコル、又はその他の有線伝送プロトコルを用いて実行されてよい。あるいは、通信は、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、長期的進化（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ））、ワイヤレスユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などのさまざまなプロトコル、及び／又はその他の無線プロトコルのいずれかを使用して、無線通信ネットワークを介して無線で行われてもよい。それぞれの通信は、無線通信及び有線通信を組み合わせたものであってよい。

データ処理ユニットは、タッチスクリーン、音声入力、動作入力、マウス、キーパッド入力及び／又は同様のものなどの１つ又は複数の入力ユニットを含むか、又はそれらと通信接続されていてよい。さらに、データ処理ユニットは、音声出力、ビデオ出力、スクリーン／ディスプレイ出力及び／又は同様のものなどの１つ又は複数の出力ユニットを含むか、又はそれらと通信すなわち通信接続されていてよい。

本発明の実施形態は、独立型ユニットであり得るか、又は例えばクラウドに設置された中央コンピュータと例えばインターネットもしくはイントラネットなどのネットワークを介して通信する１つ又は複数の遠隔端末又は装置を含むコンピュータシステムと共に使用されるか、又はコンピュータシステムに組み込まれ得る。このように、本明細書に記載されるコンピュータ装置及び関連構成要素は、ローカルコンピュータシステム又はリモートコンピュータ又はオンラインシステムの一部であってよく、又はそれらの組み合わせであってもよい。データベース、すなわち本明細書に記載されているソフトウェアは、コンピュータの内部メモリに保存されていてよく、又は非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されていてよい。

本開示の範囲内では、データベースは、データ記憶ユニットの一部であってもよく、又はデータ記憶ユニット自体を表していてもよい。「データベース」及び「データ記憶ユニット」という用語は、同義的に使用される。

さらなる態様によれば、本発明の実施形態は、コンピュータビジョンアプリケーションを介してシステム内及び／又はシステムの周囲にある流体を認識及び監視する方法に関し、前記の方法は、少なくとも以下のステップ、
前記流体に発光染料を添加するステップであって、前記発光染料は染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有している、ステップと、
好ましくは周囲の照明条件下で、少なくとも２つの発光体で構成された追加の光源を用いて、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、前記システム及び／又は前記システムの周囲を含むシーンを照射するステップであって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、ステップと、
前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記シーンの放射輝度データをセンサによって測定するステップと、
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから検出できるかどうかをデータ処理ユニットによって検査するステップと、
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから検出できる場合は、前記データ処理ユニットによって、前記流体を識別するステップと、
を含む。

別の態様では、本発明の実施形態は、コンピュータビジョンアプリケーションを介して漏れに関してシステムを監視する方法に関し、前記システムは、操作媒体として、例えば冷却剤として前記システム（のパイプ）を通って連続的に運ばれる流体を使用し、前記方法は、少なくとも以下のステップ、
前記流体に発光染料を添加するステップであって、前記発光染料は染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有している、ステップと、
前記染料を前記流体と共に前記システム全体に循環させるように、前記システムを作動させるステップと、
好ましくは周囲の照明条件下で、少なくとも２つの発光体で構成される追加の光源を用いて、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、前記システム及び／又は前記システムの周囲を含むシーンを照射するステップであって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、ステップと、
前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記シーンの放射輝度データをセンサによって測定する、ステップと、
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから抽出／検出できるかどうかを、データ処理ユニットによって検査する、ステップと、
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから抽出／検出できる場合は、前記データ処理ユニットによって、前記システムの漏れを識別するステップと、
を含む。

提案された方法の一実施形態によれば、本方法は、適切に割り当てられたそれぞれの染料とともに発光スペクトルパターンを有するデータ記憶ユニットを提供すること、及び抽出された染料特有の発光スペクトルパターンと記憶された発光スペクトルパターンとの間の任意の数のマッチングアルゴリズムを使用して、抽出された染料特有の発光スペクトルパターンをデータ記憶ユニットに記憶されている発光スペクトルパターンとマッチングさせることによって、少なくとも１つの染料の染料特有の発光スペクトルパターンを識別することを含む。マッチングアルゴリズムは、最低二乗平均平方根誤差、最低平均絶対誤差、最高決定係数、最大波長値のマッチング、の少なくとも１つを含む群から選択されてよい。

さらなる実施形態では、本方法は、事前に定義された動作を実行すること、例えば、染料特有の発光スペクトルパターンが放射輝度データから抽出され得る場合は、出力ユニットを介して、識別されたシステムの漏れの通知を出力することをさらに含む。追加的又は代替的に、漏れているシステムを停止させることができ、及び／又は、窓を開ける、及び／又は電気を切るなどの予防措置を実行することができる。

提案された方法のさらに別の実施形態では、複数の異なる染料が提供され、異なる染料は異なる染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有し、異なる染料は、システム内の異なる流体経路で流体に添加され、これにより、染料特有の発光スペクトルパターンの１つが放射輝度データから抽出されることができる場合には、流体の位置特定、したがって、漏れ検知に方法が実行される場合には識別された漏れの位置特定を可能にする。

光源は、それぞれが１つ以上のＬＥＤで構成された２つの発光体を有し、また２つの発光体間の短い切り替え時間を有する切り替え可能な光源として選択されることができる。

別の態様では、本発明の実施形態は、コンピュータビジョンアプリケーションを介してシステム内及び／又はシステムの周囲にある流体を認識及び監視するための命令を有するコンピュータプログラム製品を対象とし、該命令は、コンピュータ、特に前述のデータ処理ユニットによって実行可能であり、実行されると、マシーンに、
前記流体に発光染料を添加することであって、前記発光染料は染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有する、こと、
好ましくは周囲の照明条件下で、少なくとも２つの発光体で構成される追加の光源を用いて、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、前記システム及び／又は前記システムの周囲を含むシーンを照射することであって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、こと、
前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記シーンの放射輝度データをセンサによって測定すること、
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから検出／抽出できるかどうかを、判定／検査すること、及び
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから検出／抽出され得る場合に、前記液体を識別すること、
を実行させる。

別の態様では、本発明の実施形態は、コンピュータビジョンアプリケーションを介してシステムの漏れを監視するための命令を有するコンピュータプログラム製品に関し、該システムは、操作媒体として、例えば冷却剤として前記システム（のパイプ）を通して連続的に運ばれる流体を使用し、該命令は、コンピュータ、特に前述のデータ処理ユニットによって実行可能であり、実行されると、マシーンに、
前記流体に発光染料を添加することであって、前記発光染料は染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有している、こと、
前記染料を前記流体と共に前記システム全体に循環させるように、操作媒体として前記流体を使用する前記システムを作動させること、
好ましくは周囲の照明条件下で、少なくとも２つの発光体で構成される追加の光源を用いて、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、前記システム及び／又は前記システムの周囲を含むシーンを照射することであって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、こと、
前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記シーンの放射輝度データをセンサによって測定すること、
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから検出／抽出できるかどうかを、検査すること、及び
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから抽出され得る場合は、前記システムの漏れを識別すること、
を実行させる。

コンピュータプログラム製品は、抽出／検出された染料特有の発光スペクトルパターンと記憶された発光スペクトルパターンとの間の任意の数のマッチングアルゴリズムを使用して、抽出／検出された染料特有の発光スペクトルパターンをデータ記憶ユニットに記憶されている発光スペクトルパターンとマッチングさせることによって、少なくとも１つの染料の染料特有の発光スペクトルパターンを識別する命令をさらに含んでよい。マッチングアルゴリズムは、最低二乗平均平方根誤差、最低平均絶対誤差、最高決定係数、最大波長値のマッチング、の少なくとも１つを含む群から選択されてよい。

コンピュータプログラム製品は、事前に定義された動作を実行する命令、例えば、染料特有の発光スペクトルパターンが放射輝度データから抽出／検出され得る場合に、出力ユニットを介して、識別された流体及び／又は識別されたシステムの漏れの通知を出力する命令をさらに含む。

本開示はさらに、１つ又は複数のプロセッサによって実行されるときに、マシーンに、
流体に発光染料を添加することであって、前記発光染料は染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有している、こと、
好ましくは周囲の照明条件下で、少なくとも２つの発光体で構成された追加の光源を用いて、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、シーンを照射することであって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、こと、
前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記シーンの放射輝度データをセンサによって測定すること、
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから検出／抽出できるかどうかを、検査すること、及び
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから検出／抽出され得る場合は、前記液体を識別すること、
を実行させる命令を記憶した非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。

別の態様では、本開示は、１つ又は複数のプロセッサによって実行されるときに、マシーンに、
流体に発光染料を添加することであって、前記発光染料は染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有している、こと、
前記染料を前記流体と共にシステム全体に循環させるように、前記システムを作動させること、
好ましくは周囲の照明条件下で、少なくとも２つの発光体で構成された追加の光源を用いて、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、前記システム及び／又は前記システムの周囲を含むシーンを照射することであって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、こと、
前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記シーンの放射輝度データをセンサによって測定すること、
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから検出／抽出できるかどうかを、検査すること、及び
前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから検出／抽出され得る場合は、前記システムの漏れを識別すること、
を実行させる命令を記憶した非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。

「データ処理ユニット」、「プロセッサ」、「コンピュータ」という用語は同義的に使用され、広義に解釈される。

本発明は、以下の実施例でさらに定義される。これらの実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すことにより、説明のみのために与えられていることを理解されたい。上述の議論及び実施例から、当業者は、本発明の本質的な特徴を確認することができ、その精神及び範囲から逸脱することなく、本発明を様々な用途及び条件に適合させるために、本発明の様々な変更及び改変を行うことができる。

提案された方法の一実施形態を実行する提案された装置の一実施形態を概略的に示す。

図面の詳細説明
図１は、コンピュータビジョンアプリケーションを介して漏れに関してシステムを監視するための装置１００の一実施形態を示している。該システムは、ここではストーブ１１０によって表され、ストーブ１１０は、ストーブ１１０のパイプを通して連続的に運ばれる流体、すなわちガス１０５を作動媒体として使用している。漏れに関してストーブ１１０を監視するための装置１００は、光源１０１、センサ１０２、データ記憶ユニット１０４、及びデータ処理ユニット１０３と備えている。漏れに関してストーブ１１０を監視するための装置１００は、少なくとも１つの発光染料１０６をさらに備え、各発光染料は、染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有し、ガス１０５に添加されるように構成されている。さらに、ここには示されていないが、ガスに添加されたときに染料をストーブ１１０を通して、すなわちストーブ１１０のパイプを通して循環させるようにストーブ１１０を作動させるためのコントローラが設けられている。光源１０１は、少なくとも２つの発光体で構成されており、周囲の照明条件下で、少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、ストーブ１１０及び／又はストーブ１１０の周囲を含むシーンを照射するように構成されており、２つの発光体のうちの少なくとも１つは少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている。少なくとも１つのソリッドステートシステムは、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、又はポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）を含むソリッドステートシステムの群から選択されてよい。

データ記憶ユニット１０４は、適切に割り当てられたそれぞれの染料とともに発光スペクトルパターンを記憶し、提供する。センサ１０２は、シーンが光源１０１によって照射されたときに、シーンの放射輝度データを測定するように構成されている。シーンは、ここでは、センサ１０２から発する円錐１１１（センサ１０２の視野）によって示されるように、ストーブ１１０の周囲を含む。センサ１０２は、一般に、光子カウンティング機能を有する光センサである。より具体的には、モノクロカメラ又はＲＧＢカメラ又はマルチスペクトルカメラ又はハイパースペクトルカメラであってよい。センサ１０２は、上記のいずれかの組み合わせ、又は、例えば、特定のフィルタを備えたモノクロセンサなどの、調整可能又は選択可能なフィルタセットを備えた上記のいずれかの組み合わせであってよい。センサは、シーンの単一のピクセルを測定してもよいし、一度に多くのピクセルを測定してもよい。光センサ１０２は、特定の範囲のスペクトルで、特に３つ以上のバンドで光子をカウントするように構成されてよい。それは、広い視野のため、特に同時にすべてのバンドを読み取るか又は異なる時間に異なるバンドを読み取る複数のピクセルを持つカメラであってもよい。図１では、シーンは、ストーブ１１０の周囲を取り込む円錐１１１によって定義されている。

今までは、蛍光漏れ検出は、コストがかかり、性能を低下させ、環境に悪影響を与える漏れの原因をより簡単に見つけるために、油圧及び冷媒システムで一般的に実行されてきた。典型的には、技術者はそれぞれのシステムに蛍光染料を添加し、システムを運転して染料をシステム全体に循環させた後、適切な光源（多くの場合、ＵＶ又はブルーライト）をシステムの構成要素に照射してシステムの漏れをチェックする。周囲の照明が十分に暗ければ、システム流体内の蛍光染料は、漏れが発生している場所で可視光を放射するため、漏れが簡単に見える。当技術分野で知られているこの方法は、漏れの発見には効果的であるが、技術者の存在が必要であり、継続的に監視される方法ではない。システムが継続的に監視され、漏れが自動的に検出され、適切な措置、メンテナンスの要請、システムの一部又は完全なシャットダウンなどが開始されるようになれば、大きな利点が実現され得る。

本開示による提案された装置は、周囲光の下で反射及び蛍光放射成分を分離する技術を、自動蛍光漏れ検出と組み合わせている。多くの場合、漏れを監視すべきストーブ１１０のようなシステムは、他の目的のために明るい照明が必要とされる環境にある。技術者がシステムの漏れを検査するためにこれらの照明を一時的に暗くすることは許容できるかもしれないが、蛍光漏れをコンピュータビジョンで検出するために現在必要とされているように、照明を連続的に暗くすることは許容されないであろう。したがって、提案された装置１００は、周囲の照明条件下で蛍光放射と反射を区別する可能性を提供する。提案された装置１００によって、検出された蛍光放射をデータ記憶ユニット１０４内の対応する染料とマッチングさせて、コンピュータビジョンのための染料識別を容易にすることが可能である。本装置は、染料特有の発光スペクトルパターンが放射輝度データから検出され得る場合に、システム１１０の識別された漏れの通知を出力するように構成された出力ユニットをさらに備えることが可能である。このような出力は、ディスプレイ及び／又はラウドスピーカーのような音響出力によって実現されることができる。特定のレベルの蛍光が検出され、その蛍光パターンがデータ記憶ユニット１０４に記憶されている染料とマッチングされ得たときに、装置が単に信号を送信及び／又は出力することも可能である。

装置が複数の異なる染料を提供し、該異なる染料は異なる染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有し、システム１１０内、ここではストーブ内の異なる流体経路で流体に添加されるように構成され、これにより、染料特有の発光スペクトルパターンの１つが放射輝度データから検出され得る場合は、ストーブ１１０内の識別された漏れの位置特定を可能にすることがさらに可能である。検出された発光性／発光スペクトルパターンを、適切に割り当てられたそれぞれの染料とともにデータベース１０３に記憶された発光スペクトルパターンとマッチングさせるデータ処理ユニット１０３は、検出された染料特有の発光スペクトルパターンと記憶された発光スペクトルパターンとの間の任意の数のマッチングアルゴリズムを使用して、検出された染料特有の発光スペクトルパターンをデータ記憶ユニット１０３に記憶されている発光スペクトルパターンとマッチングさせることによって、少なくとも１つの染料の染料特有の発光スペクトルパターンを識別するように構成されている。マッチングアルゴリズムは、最低二乗平均平方根誤差、最低平均絶対誤差、最高決定係数、最大波長値のマッチング、の少なくとも１つを含む群から選択されてよい。

油圧システム及び冷媒システム用の蛍光漏れ検出材料はすでに市販されている。天然ガス、プロパン、アンモニアなどの気体システムの監視も可能である。この場合、それぞれの気体に適した蛍光体を添加する必要がある。

参照記号の一覧
１００ 装置
１０１ 光源
１０２ センサ
１０３ データ処理ユニット、データベース
１０４ データ記憶ユニット
１０５ 流体
１０６ 染料
１１０ システム（ストーブ）
１１１ シーン（円錐）

Claims (15)

1. コンピュータビジョンアプリケーションを介して、システム（１１０）内及び／又はシステム（１１０）の周囲の流体（１０５）を認識及び監視する装置であって、少なくとも以下の構成要素、
   少なくとも１つの発光染料（１０６）であって、各発光染料（１０６）は、染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有し、前記流体（１０５）に添加されるように構成されている、発光染料（１０６）と、
   少なくとも２つの発光体で構成され、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、前記システム（１１０）及び／又は前記システム（１１０）の周囲を含むシーン（１１１）を照射するように構成された光源（１０１）であって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、光源（１０１）と、
   前記シーンが前記光源（１０１）によって照射されたときに、前記シーンの放射輝度データを測定するように構成されたセンサ（１０２）と、
   前記シーン（１１１）が前記光源（１０１）によって照射されたときに、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーン（１１１）の放射輝度データから検出できるかどうかを判定し、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから検出され得る場合は、前記染料（１０６）が添加された流体（１０５）を識別するように構成された、データ処理ユニット（１０３）と、
   を備える、装置。
2. コンピュータビジョンアプリケーションを介して漏れに関してシステム（１１０）を監視するための請求項１の装置であって、前記システム（１１０）は、前記システム（１１０）を通って連続的に運ばれる流体（１０５）を操作媒体として使用し、
   前記データ処理ユニット（１０３）は、前記シーン（１１０）が前記光源（１０１）によって照射されたときに、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーン（１１１）の前記放射輝度データから抽出できるかどうかを判定し、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから抽出され得る場合は、前記システム（１１０）の漏れを識別するように構成されている、装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置であって、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから抽出され得る場合は、事前に定義された動作を実行及び／又は開始するように構成された出力ユニットをさらに備える、装置。
4. 請求項１、２又は３に記載の装置であって、複数の異なる染料（１０６）を備え、前記異なる染料（１０６）は、異なる染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有し、また前記システム（１１０）内の異なる流体経路で前記流体（１０５）に添加されるように構成され、これにより、前記染料特有の発光スペクトルパターンの１つが前記放射輝度データから抽出され得る場合は、識別された流体（１０５）の位置特定、特に前記装置が漏れ検知に使用されている場合は識別された漏れの位置特定を可能にする、装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の装置であって、適切に割り当てられたそれぞれの染料とともに発光スペクトルパターンを有するデータ記憶ユニット（１０４）を有し、前記データ処理ユニット（１０３）は、抽出された染料特有の発光スペクトルパターンと、保存された発光スペクトルパターンとの間の任意の数のマッチングアルゴリズムを用いて、前記抽出された染料特有の発光スペクトルパターンを、前記データ記憶ユニット（１０３）に保存された発光スペクトルパターンとマッチングさせることによって、前記少なくとも１つの染料の染料特有の発光スペクトルパターンを識別するように構成されている、装置。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の装置であって、前記センサ（１０２）はハイパースペクトルカメラ又はマルチスペクトルカメラである、装置。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の装置であって、前記光源（１０１）は、それぞれが１つ以上のＬＥＤで構成された２つの発光体を有し、前記２つの発光体の間の短い切り替え時間を有する切り替え可能な光源である、装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の装置であって、前記センサ（１０２）は、少なくとも２つの発光体のうちの１つの下で前記シーン（１１１）及び／又は前記シーン（１１１）の周囲からの放射輝度データを一度のみ発行するように、前記光源（１０１）の切り替えに同期されている、装置。
9. コンピュータビジョンアプリケーションを介してシステム内及び／又はシステムの周囲にある流体を認識及び監視する方法であって、少なくとも以下のステップ、
   前記流体に発光染料を混合するステップであって、前記発光染料は染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有する、ステップと、
   好ましくは周囲の照明条件下で、少なくとも２つの発光体で構成された追加の光源を用いて、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、前記システム及び／又は前記システムの周囲を含むシーンを照射するステップであって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、ステップと、
   前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記シーンの放射輝度データをセンサによって測定するステップと、
   前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから検出できるかどうかをデータ処理ユニットによって判定するステップと、
   前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから検出され得る場合は、前記データ処理ユニットによって、前記流体を識別するステップと、
   を含む、方法。
10. コンピュータビジョンアプリケーションを介して漏れに関してシステムを監視する請求項９に記載の方法であって、前記システムは、前記システムを通って連続的に運ばれる操作媒体として流体を使用し、前記方法は、少なくとも以下のステップ、
    前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから抽出できるかどうかを、前記データ処理ユニットによって判定する、ステップと、
    前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから抽出され得る場合は、前記データ処理ユニットによって、前記システムの漏れを識別するステップと、
    をさらに含む、方法。
11. 請求項９又は１０に記載の方法であって、適切に割り当てられたそれぞれの染料とともに発光スペクトルパターンを有するデータ記憶ユニットを提供すること、及び、抽出された染料特有の発光スペクトルパターンと記憶された発光スペクトルパターンとの間の任意の数のマッチングアルゴリズムを使用して、抽出された染料特有の発光スペクトルパターンを前記データ記憶ユニットに記憶されている発光スペクトルパターンとマッチングさせることによって、前記少なくとも１つの染料の染料特有の発光スペクトルパターンを識別することをさらに含む、方法。
12. 請求項９～１１のいずれか１項に記載の方法であって、前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから抽出され得る場合は、事前に定義された動作を実行及び／又は開始することをさらに含む、方法。
13. 請求項９～１２のいずれか１項に記載の方法であって、複数の異なる染料が提供され、前記異なる染料は異なる染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有し、前記異なる染料は前記システム内の異なる流体経路で前記流体に混合され、これにより、前記染料特有の発光スペクトルパターンの１つが前記放射輝度データから抽出され得る場合は、識別された前記流体の位置特定を可能にする、方法。
14. 請求項９～１３のいずれか１項に記載の方法であって、前記光源は、それぞれが１つ以上のＬＥＤで構成された２つの発光体を有し、また前記２つの発光体間の短い切り替え時間を有する切り替え可能な光源として選択される、方法。
15. コンピュータビジョンアプリケーションを介してシステム及び／又は前記システムの周囲の流体を監視するための命令を有するコンピュータプログラム製品であって、前記命令は、１つ又は複数のプロセッサに機能的に結合された非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶され、また前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されるときに、マシーンに、
    前記流体に発光染料を混合することであって、前記発光染料は染料特有の反射スペクトルパターン及び発光スペクトルパターンを有している、こと、
    好ましくは周囲の照明条件下で、少なくとも２つの発光体で構成された追加の光源を用いて、前記少なくとも２つの発光体を切り替えることによって、シーンを照射することであって、前記２つの発光体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのソリッドステートシステムに基づいている、こと、
    前記シーンが前記光源によって照射されたときに、前記シーンの放射輝度データをセンサによって測定すること、
    前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記シーンの前記放射輝度データから検出できるかどうかをデータ処理ユニットによって判定すること、及び
    － 前記染料特有の発光スペクトルパターンが前記放射輝度データから検出され得る場合は、前記データ処理ユニットによって前記液体を識別すること、
    を実行させるコンピュータプログラム製品。

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