JP2024039996A - 音源位置計測方法、音源位置計測装置、破損検出方法、異常検出方法、音源位置計測用の端末装置、音源位置計測システム、端末システム、音源位置計測用プログラム、端末装置用プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】虚像音源を除去して実音源の位置のみを検出することができる音源位置計測方法、音源位置計測装置、破損検出方法、異常検出方法、音源位置計測用の端末装置、音源位置計測システム、音源位置計測用プログラム、端末システム、端末装置用プログラム及び記録媒体を提供すること。【解決手段】測定範囲の位置を移動させながら、複数の測定範囲にて受信された音波から、測定範囲ごとに音源位置を算出する音源位置算出部１１と、測定範囲の位置の移動量と前記算出した音源位置の移動量とを算出する移動量算出部１２と、算出された測定範囲の位置の移動量と音源位置の移動量とを比較し、音源位置の内から、測定範囲の位置の移動量と異なる移動量を持つ音源位置を、虚像音源として判定する虚像音源判定部１３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、虚像音源を除去して実音源の位置のみを検出することができる音源位置計測方法、音源位置計測装置、破損検出方法、異常検出方法、音源位置計測用の端末装置、音源位置計測システム、端末システム、音源位置計測用プログラム、端末装置用プログラム及び記録媒体に関するものである。

プラントなどでは、例えば配管に腐食孔が発生したり、電気設備等の機器に劣化や損傷が発生したこと等をいち早く検知し、補修等を行う必要がある。これらを検知するために、配管の腐食孔から気体が漏洩する際に放出する音波や、電気設備でコロナ放電等が起こる際に放出される音波を測定することが、一般的に行われている。

音波を測定して音源の方位を検知する技術として、例えば特許文献１には、多数のマイクロホンアレイを用いて音源から放射される音波を受信し、受信した音波にビームフォーミング法による処理を行い、音源の方位を特定することが記載されている。

また、特許文献２には、音源の探索範囲を動的に変化させながら音波を測定し、遠隔から配管のガス漏れ位置を可視化する音源方位標定装置が開示されている。

特開２０１４－１３７３２３号公報 特開２０１９－２０３７４２号公報

しかしながら、マイクロホンアレイを用いて音圧マップを取得する場合、音波の到来方向が音源位置として特定されるため、同一の音源から直接到来する音波と、反射して到来する音波とは、音圧マップ上で異なる音源位置として検出されてしまう。すなわち、この反射して到来する音波は、虚像音源であり、実音源の音源位置の特定が困難なものとなる。

一方、例えば有害なガスが漏れている場合、ドローンなどの移動ロボットを用いて自動化して安全に点検作業を行うことが好ましい。しかし、この場合、マイクロホンアレイは、移動ロボットなどの移動体が発生するノイズも音源として検知してしまう。このノイズも本来検出すべき音源ではなく、虚像音源として検出され、実音源の音源位置の特定が困難なものとなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、虚像音源を除去して実音源の位置のみを検出することができる音源位置計測方法、音源位置計測装置、破損検出方法、異常検出方法、音源位置計測用の端末装置、音源位置計測システム、端末システム、音源位置計測用プログラム、端末装置用プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［１］本発明に係る音源位置計測方法は、測定範囲の位置を移動させながら複数の前記測定範囲にて受信された音波から、前記測定範囲ごとに音源位置を算出する音源位置算出ステップと、前記測定範囲の位置の移動量と前記算出された音源位置の移動量とを算出する移動量算出ステップと、算出された前記測定範囲の位置の移動量と前記音源位置の移動量とを用いて、前記音源位置の内から虚像音源を判定する虚像音源判定ステップと、を含み、前記虚像音源判定ステップは、算出された前記音源位置の移動量と算出された前記測定範囲の位置の移動量とを比較するステップと、前記測定範囲の位置の移動量と異なる移動量を持つ音源位置を、虚像音源として判定するステップと、を含む。

［２］また、本発明に係る音源位置計測方法［１］において、前記測定範囲の位置を移動させながら、前記複数の測定範囲からの音波を受信する音波受信ステップを含む。

［３］また、本発明に係る音源位置計測方法［２］において、前記音波受信ステップは、前記複数の測定範囲の位置に関する情報を、前記測定範囲ごとに取得するステップを含み、前記移動量算出ステップは、前記音波受信ステップで取得された複数の測定範囲の位置に関する情報の内、第１測定範囲の位置に関する情報と前記第１測定範囲から移動した後の第２測定範囲の位置に関する情報とから、前記測定範囲の位置の移動量を算出するステップを含む。

［４］また、本発明に係る音源位置計測方法［２］において、前記音波受信ステップは、時間を変化させて、前記測定範囲を複数の画像として撮像するステップを含み、前記移動量算出ステップは、前記音波受信ステップで撮像された複数の画像の内、第１時刻で撮影された画像と前記第１時刻よりも後の第２時刻で撮影された画像とから移動量を算出するステップを含む。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［５］本発明に係る破損検出方法は、上記［１］から［４］のいずれか１つの音源位置計測方法を用いて管からのリーク音を計測して前記管の破損を検出する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［６］本発明に係る異常検出方法は、上記［１］から［４］のいずれか１つの音源位置計測方法を用いて機械からの異常音を計測して前記機械の異常を検出する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［７］本発明に係る音源位置計測装置は、測定範囲の位置を移動させながら、複数の前記測定範囲にて受信された音波から、前記測定範囲ごとに音源位置を算出する音源位置算出部と、前記測定範囲の位置の移動量と前記算出した音源位置の移動量とを算出する移動量算出部と、算出された前記測定範囲の位置の移動量と前記音源位置の移動量とを比較し、前記音源位置の内から、前記測定範囲の位置の移動量と異なる移動量を持つ音源位置を、虚像音源として判定する虚像音源判定部と、を備える。

［８］また、本発明に係る音源位置計測装置において、上記［７］の音源位置計測装置は、第１通信部を備え、前記第１通信部は、前記受信された音波に関する情報と前記測定範囲の位置に関する情報とを取得する、および／または、前記虚像音源判定部からの虚像音源に関する情報を出力する。

［９］また、本発明に係る音源位置計測装置［７］または［８］において、前記測定範囲の前記位置を移動させながら、前記複数の前記測定範囲からの音波を受信する音波受信部を備える。

［１０］また、本発明に係る音源位置計測装置［９］において、少なくとも前記音波受信部を移動させる移動手段を備える。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［１１］本発明に係る音源位置計測用の端末装置は、測定範囲の位置を移動させながら複数の前記測定範囲で音波を受信する移動装置および音源位置計測装置に対して通信する第３通信部と、前記移動装置の移動手段を、前記第３通信部を介して操作する操作部と、前記音源位置計測装置から出力される虚像音源に関する情報を、前記第３通信部を介して取得し、予め定められた形式にて表示部に表示する手段と、を備えた音源位置計測用の端末装置であって、前記虚像音源に関する情報は、前記音源位置計測装置により、前記移動装置により受信された音波に関する情報と前記測定範囲の位置に関する情報とから得られるものである。ここで、より具体的には、前記虚像音源に関する情報は、前記音源位置計測装置が、前記移動装置により受信された音波に関する情報から、前記測定範囲ごとに音源位置を算出する処理を実行し、前記測定範囲の位置に関する情報から前記測定範囲の位置の移動量と、算出された前記音源位置から前記音源位置の移動量とを算出する処理を実行し、算出された前記測定範囲の位置の移動量と前記音源位置の移動量とを比較し、前記音源位置の内から、前記測定範囲の位置の移動量と異なる移動量を持つ音源位置を虚像音源と判定する処理を実行して得られるものである。

［１２］また、本発明に係る音源位置計測用の端末装置において、測定範囲の位置を移動させながら複数の前記測定範囲で音波を受信する移動装置と通信する第３通信部と、前記移動装置の移動手段を、前記第３通信部を介して操作する操作部と、上記［７］～［１０］のいずれか１つの音源位置計測装置と、を備える。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［１３］本発明に係る音源位置計測システムは、上記［９］または［１０］の音源位置計測装置と上記［１１］の端末装置とを備え、音源位置を計測する。

［１４］また、本発明に係る音源位置計測システムにおいて、上記［８］の音源位置計測装置と、移動装置と、端末装置とを備える音源位置計測システムであって、前記移動装置は、前記測定範囲の前記位置を移動させながら、前記複数の前記測定範囲からの音波を受信する音波受信部と前記音波受信手段を移動させる移動手段と、受信した前記音波に関する情報と前記測定範囲の位置に関する情報とを、前記音源位置計測装置に第２通信部を介して送付する手段と、を備え、前記端末装置は、前記移動手段を、第１通信部を介して操作する操作部と、前記音源位置計測装置から出力された虚像音源に関する情報を、第３通信部を介して取得し、予め定められた形式にて表示部に表示する手段と、を備える。

［１５］また、本発明に係る音源位置計測システムにおいて、上記［１２］の端末装置と移動装置とを備え、音源位置を計測する音源位置計測システムであって、前記移動装置は、前記測定範囲の前記位置を移動させながら、前記複数の前記測定範囲からの音波を受信する音波受信部と、前記音波受信手段を移動させる移動手段と、受信した前記音波に関する情報と前記測定範囲の位置に関する情報とを、前記音源位置計測装置に第２通信部を介して送付する手段と、を備える。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［１６］本発明に係る端末システムは、上記［１１］の端末装置と移動装置とを備え、音源位置を計測するための端末システムであって、前記移動装置は、前記測定範囲の前記位置を移動させながら、前記複数の前記測定範囲からの音波を受信する音波受信部と、前記音波受信手段を移動させる移動手段と、を備える。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［１７］本発明に係る破損検出方法は、上記発明［７］～［１０］のいずれか１つに記載の音源位置計測装置の前記虚像音源判定部から出力される虚像音源に関する情報を用いて、管からのリーク音を計測して前記管の破損を検出する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［１８］本発明に係る異常検出方法は、上記発明［７］～［１０］のいずれか１つに記載の音源位置計測装置の前記虚像音源判定部から出力される虚像音源に関する情報を用いて機械からの異常音を計測して前記機械の異常を検出する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［１９］本発明に係る音源位置計測用プログラムは、上記［７］～「１０」のいずれか１つの音源位置計測装置に用いられる音源位置計測用プログラムであって、前記音源位置算出部と前記移動量算出部と前記虚像音源判定部の機能を、コンピュータで実行できるように構成される。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［２０］本発明に係る記録媒体は、上記［７］～「１０」のいずれか１つの音源位置計測装置に用いられる音源位置計測用プログラムを記録した記録媒体であって、前記音源位置算出部と前記移動量算出部と前記虚像音源判定部の機能を、コンピュータで実行できるように構成される。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［２１］本発明に係る端末装置用プログラムは、上記［１１］または［１２］の音源位置計測用の端末装置に用いられる端末装置用プログラムであって、前記端末装置の操作部の機能と第３通信部の機能と、前記音源位置計測装置から出力された虚像音源に関する情報を、前記第３通信部を介して取得し、予め定められた形式にて表示部に表示する機能と、をコンピュータで実行するように構成される。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、［２２］本発明に係る記録媒体は、上記［１１］または［１２］の音源位置計測用の端末装置に用いられる端末装置用プログラムを記録した記録媒体であって、前記端末装置の操作部の機能と第３通信部の機能と、前記音源位置計測装置から出力された虚像音源に関する情報を、前記第３通信部を介して取得し、予め定められた形式にて表示部５に表示する機能と、をコンピュータで実行するように構成される。

本発明によれば、虚像音源を除去して実音源の位置のみを検出することができる。

図１は、本発明の実施形態である音源位置計測装置の構成を示す機能ブロック図である。 図２は、図１に示した音源位置計測装置の外観構成を示す図である。 図３は、虚像音源と実音源とを説明する説明図である。 図４は、音源位置計測処理の一例を示す説明図である。 図５は、音源位置計測処理手順の一例を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施形態の変形例１である音源位置計測装置の構成を示す機能ブロック図である。 図７は、変形例１の移動装置としてドローンを用いた状態を示す模式図である。 図８は、本発明の実施形態の変形例２である音源位置計測装置の構成を示す機能ブロック図である。 図９は、本発明の実施形態の変形例３である音源位置計測装置の構成を示す機能ブロック図である。

本発明の実施形態に係る音源位置計測方法、音源位置計測装置、破損検出方法、異常検出方法、音源位置計測用の端末装置、音源位置計測システム、音源位置計測用プログラム、端末システム、端末装置用プログラム及び記録媒体について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施形態である音源位置計測装置１の構成を示す機能ブロック図である。また、図２は、図１に示した音源位置計測装置１の外観構成を示す図である。図１に示すように、音源位置計測装置１は、音源を受信するための手段である音波受信部２、位置情報計測部３、操作部４、表示部５、記憶部６及び制御部７を有する。

音波受信部２は、音波を受信し音波に関する情報を出力する。ここで音波に関する情報とは、少なくとも、受信した音波の振幅と時間を示す。音波受信部２は、例えば、マイクロホン（音響センサ）アレイである。マイクロホンのアレイ配列は、グレーチングローブの発生し辛い配置が望ましい。また、用いられるマイクロホンの測定周波数は１種類でもよいし、複数の種類を組み合わせてもよい。

位置情報計測部３は、測定範囲の位置に関する情報を測定範囲ごとに計測する。測定範囲の位置に関する情報とは、座標、距離、角度などが例示できる。位置情報計測部３は、本実施の形態の場合はセンサ３ａと位置情報算出部３ｂを備える。センサ３ａは、例えば、カメラ、加速度センサ、角加速度センサ、気圧計またはＧＰＳなどが挙げられる。位置情報算出部３はセンサ３ａが測定した情報から測定範囲の位置に関する情報を算出するものである。但し、センサ３ａの種類によっては、不要の場合もある。

センサ３ａがカメラの場合、位置情報算出部３ｂはカメラで撮像した画像から適宜選択された特徴点の座標（ｘ，ｙ）を算出する。位置が互いに異なる画像から特徴点とその座標を自動的に選択させる方法としては、例えば、ＡＫＡＺＥ（Accelerated-KAZE）やＳＩＦＴ（Scale-Invariant Feature Transform）、ＳＵＲＦ（Speeded Up Robust Features）などの特徴量抽出アルゴリズムを用いることができる。

また、センサ３ａが加速度センサの場合、位置情報算出部３ｂは測定された加速度を積分することで、任意の測定範囲を基準とした相対距離を算出する。また、センサ３ａが角加速度センサの場合、位置情報算出部３ｂは測定された角加速度を積分することで、任意の測定範囲を基準とした相対角度を算出する。また、センサ３ａがＧＰＳの場合は、位置情報算出部３ｂは測定された経緯度を測定して物理量算出部3bでは経緯度から、任意の測定範囲を基準とした相対距離を算出する。センサ３ａにトータルステーションやモーションキャプチャーを用いる場合は、特に位置情報算出部３ｂの必要は無く、そのまま測定された座標（ｘ，ｙ，ｚ）を利用できる。つまり、位置情報計測部３の位置座標をそのまま測定範囲の座標（ｘ、ｙ、ｚ）として利用する。

ここで、カメラをセンサ３ａとして用いる場合、当該カメラの視野範囲は音波受信部２の測定範囲を含むように配置されるのが好ましい。また、位置情報計測部３と音波受信部２とは同期されていることが好ましい。本実施形態では、位置情報計測部３のセンサ３ａとしてカメラを採用している。

操作部４は、各種操作ボタンなどにより各種操作を行う入力デバイスである。また、表示部５は、各種情報を表示する液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの出力デバイスである。なお、操作部４及び表示部５は、タッチパネル式の入出力デバイスであってもよい。本実施形態では、図２に示すように、筐体１ａの表面に、カメラであるセンサ３ａが配置され、このセンサ３ａの周囲に、音波受信部２がアレイ配置される。一方、筐体１ａの裏面は、操作者側の面であり、操作部４及び表示部５が配置される。

制御部７は、音源位置計測装置１の全体を制御する制御部であり、音源位置算出部１１、移動量算出部１２、虚像音源判定部１３及び出力処理部１４を有する。制御部７は、これらの機能部に対応するプログラムを不揮発性メモリや磁気ディスク装置などの記憶装置に記憶しておき、これらのプログラムをメモリにロードして、ＣＰＵで実行することで、対応するプロセスを実行させることになる。

記憶部６は、不揮発性メモリなどの記憶デバイスであり、音源位置算出部１１により算出された音源位置データと位置情報計測部３により計測された位置情報計測データとが、測定範囲ごとの対とする対データＤＰ１～ＤＰＮとして記憶される。なお、測定範囲の位置を移動すると共に時間を変化させた場合は、測定範囲ごとに代えて各時刻の対とする対データＤＰ１～ＤＰＮとして記憶させてもよい。なお、時間はなるべく近しい方か好ましく、ほぼ連続していればなお好ましい。また、制御部７及び記憶部６は、筐体１ａ内に収納されている。言い換えると、位置情報計測データは測定範囲の位置に関する情報をデータ化したものである。

音源位置算出部１１は、音波受信部２が受信した音波から、測定範囲ごとに音源位置を算出する。音源位置算出部１１は、受信した音波をマイクロホンアレイの全チャンネル分を開口合成することで音源位置を算出し、音圧マップを生成する。音源位置算出部１１で算出された音源位置データは、記憶部６に記憶される。なお、音源位置の算出は、開口合成法以外に、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法、音響インテンシティ法、音響ホログラフィ法なども用いることができる。

移動量算出部１２は、測定範囲の位置の移動量と、算出した音源位置の移動量とを算出する。移動量算出部１２は、位置情報計測部３によって計測された位置情報計測データをもとに位置が異なる測定範囲との間の位置の移動量を算出する。移動量算出部１２は、位置情報計測部３が計測した測定範囲と異なる位置の測定範囲における音圧マップ上における音源位置の移動量を算出する。位置情報計測データから測定範囲の位置の移動量を算出する方法としては、例えば、相互相関やテンプレートマッチングなどの画像マッチング手法、Ｖｉｓｕａｌ－ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）技術、画像の濃淡変化から移動量を推定する勾配法、またはオプティカルフロー法などが利用できる。

虚像音源判定部１３は、算出された測定範囲間の位置の移動量と音源位置の移動量とを用いて、音源位置の内から虚像音源を判定する虚像音源判定手段である。虚像音源判定部１３は、測定範囲間の位置の移動量と異なる移動量をもつ音源位置を虚像音源として判定する。

ここで、虚像音源とは、図３に示すように、音源ＳＳから経路Ｌ１で直接、音波受信部２に到来する音波の本来の検出位置以外の検出位置を示す音源である。経路Ｌ１を介して到来した音波の検出位置は実音源の位置である。反射する経路Ｌ２を介して到達する音波の検出位置は、虚像音源の位置と判定される。また、経路Ｌ１とは異なる方向の経路Ｌ３を介して到来する外来ノイズの音波の検出位置も虚像音源の位置と判定される。

出力処理部１４は、虚像音源に関する情報を生成する。そして、生成した虚像音源に関する情報を表示部５に出力する。例えば、虚像音源を除去した音圧マップ（音源位置画像）と、この音圧マップの測定範囲を含む視野範囲を撮像した可視画像とを重ね合わせた合成画像を生成し、表示部５に出力する。または、出力処理部１４は、音源位置計測装置の位置と、実音源の方向とを生成し、表示部５に出力してもよい。

＜音源位置計測処理の一例＞
図４は、音源位置計測処理の一例を示す説明図である。なお、ここでは位置情報計測部３のセンサ３ａをカメラとする。また、測定範囲の位置に関する情報は、当該カメラで撮像される画像から選択された特徴点ＣＡの位置と撮像された時刻として説明する。

図４（ａ）に示すように、まず時刻ｔにおいて、位置情報計測部３は、ｉ番目の測定範囲の画像Ｄ１を取得する。この画像Ｄ１には、配管１０１の接続部に特徴点ＣＡをもつ。そして、この時刻ｔにおいて、音波受信部２は音波を受信し、音源位置算出部１１により、同じｉ番目の測定範囲の音圧マップＭ１を生成する。この音圧マップＭ１には、所定値以上の音圧が検出された４つの音源ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤが検出されている。

その後、時刻ｔ＋１において、位置情報計測部３は、ｉ＋１番目の測定範囲の画像Ｄ２を取得する。この画像Ｄ２には、配管１０１の接続部に特徴点ＣＡをもつ。そして、この時刻ｔ＋１において、音波受信部２は音波を受信し、音源位置算出部１１により、同じｉ＋１番目の測定範囲の音圧マップＭ２を生成する。この音圧マップＭ２には、所定値以上の音圧が検出された３つの音源ＳＡ，ＳＢ，ＳＤが検出され、音源ＳＣは消えている。

その後、移動量算出部１２は、画像Ｄ１の特徴点ＣＡの位置と画像Ｄ２の特徴点ＣＡの位置から、測定範囲の位置の移動量を算出する。その結果、移動量は「３」と算出される。また、移動量算出部１２は、音圧マップＭ１上の音源ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤと音圧マップＭ２上の音源ＳＡ，ＳＢ，ＳＤとの移動量を算出する。その結果、音源ＳＡの移動量は「３」、音源ＳＢの移動量は「０」、音源ＳＣの移動量は音源ＳＣが消えているので「無限大」、音源ＳＤの移動量は「５」と算出される。

そして、虚像音源判定部１３は、画像Ｄ２の特徴点ＣＡの移動量と異なる音圧マップＭ２上の音源ＳＢ，ＳＤを虚像音源と判定する。出力処理部１４は、音圧マップＭ２上の音源ＳＢ，ＳＤを除去し、音源ＳＡのみを実音源として残した音圧マップＭ２´を生成し、この音圧マップＭ２´と、画像Ｄ２とを重ね合わせた合成画像ＤＤを生成して表示部５に出力する。なお、音圧マップＭ２の測定範囲は、画像Ｄ２の撮像範囲内であればよい。また、画像Ｄ１と音圧マップＭ１との対、画像Ｄ２と音圧マップＭ２との対は、図１に示した対データＤＰ１～ＤＰＮに対応する。例えば、画像Ｄ１とその撮像時の時刻ｔが位置情報計測データに該当し、音圧マップＭ１が音源位置データに該当し、画像Ｄ１と音圧マップＭ１との対がＤＰ１に該当する。

なお、これらの対データは、測定範囲の位置を移動させながらかつ時間も変化させて取得し、時間が前後する対データをもとに音源位置計測を行ってもよいし、時間が変化しなくても、対データ同士で音源位置計測を行ってもよい。なお、画像での特徴点が測定範囲（撮像範囲）をはみ出してしまう場合、移動量は、測定範囲の位置が移動した後の対データの移動量を積分して求めればよい。

＜音源位置計測処理手順＞
これより説明する音源位置計測処理手順、特に、虚像音源の判定処理である後述のステップＳ１０８～Ｓ１１０、が本発明における最も重要な技術的特徴である。発明者らは、従来の音源位置計測装置（これから説明する音源位置計測処理手順を用いないもの）にて、無響室内で模擬音源を測定していた。すると、測定条件により、本来音源が無い位置にも音源が測定されることが新たに分かった。本明細書内では、この音源が無い位置に測定される音源を虚像音源と呼んでいる。前述した通り、虚像音源が発生するのは、周囲の状況からの色々な反射音によるものと発明者らは考察している。

この新たな知見を得た発明者らは、さらに多種多様な測定条件の下で音源位置計測装置による音源位置の測定を行ったところ、虚像音源の位置は音源位置計測装置と共に移動するのに対し、本来の音源の位置は移動しないことがわかった。言い換えれば、測定範囲を移動させながら複数の前記測定範囲に対して、音源位置を計測すると、測定範囲の位置の移動量と同じ移動量を持つ音源は実音源であり、当該測定範囲の位置の移動量と異なる移動量を持つ音源は虚像音源であると、判定できることが明らかになった。

図５は、音源位置計測処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、位置情報計測部３は、第１時刻における測定範囲の第１画像を取得し生成する（ステップＳ１０１）。また、同時に音源位置算出部１１は、同じ測定範囲における第１音源マップを生成する（ステップＳ１０２）。

その後、測定範囲の位置を移動する（ステップＳ１０３）。そして、位置情報計測部３は、第１画像と同様に次の第２時刻における測定範囲の第２画像を取得し生成する（ステップＳ１０４）。その後、移動量算出部１２は、第１画像から第２画像への移動量（画像移動量）を、特徴点を用いて算出する（ステップＳ１０５）。同時に、移動量算出部１２は、第１音圧マップ上の音源位置と、第２音圧マップ上の音源位置とから音源の移動量（音源移動量）を算出する（ステップＳ１０７）。

その後、虚像音源判定部１３は、第２音圧マップ上の音源位置の移動量は画像移動量と同じであるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。なお、音源移動量と画像移動量とが同じであるか否かの判定は、その差分が所定値以内であるか否かにより判定する。音源移動量が画像移動量と同じでない場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、この音源を虚像音源として第２音圧マップから削除し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１１０に移行する。一方、音源移動量が画像移動量と同じ場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１０に移行して、第２音圧マップ上に次の音源があるか否かを判定する。

次の音源がある場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０８に移行し、上記の処理を繰り返す。一方、次の音源がない場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）には、第２画像と、虚像音源が除去された第２音圧マップとを重ね合わせた合成画像を表示部５に出力し（ステップＳ１１１）、本処理を終了する。

本実施形態では、測定範囲の位置の移動量を比較することにより、虚像音源を除去した実音源のみの音圧マップを得ることができるので、遠隔であっても実音源を精度高く検出することができる。また、位置情報計測部３としてカメラを用いている場合、実音源のみの音圧マップと撮像画像とを重ね合わせた合成画像を表示できるので、実音源の位置特定が容易になる。

＜変形例１＞
図６は、本発明の実施形態の変形例１である音源位置計測システム５０の構成を示す機能ブロック図である。本変形例１では、図１に示した音源位置計測装置１を移動装置２２に搭載している。この場合、移動装置２２の移動手段は、例えばドローンである。ドローンは、有害なガスのリーク位置を検出する場合に好適である。

なお、図１に示した音源位置計測装置１と変形例１の音源位置計測装置２１とは、同じ機能と効果を備える。同じ装置には同じ符号を付しているため、詳細な説明は省略する。音源位置計測装置２１の第１通信部３１は、制御部７の制御により端末装置２３の第３通信部３３と通信を行う。なお、端末装置２３については、変形例２にて詳細に説明する。

図７は、変形例１の移動装置２２が移動手段としてドローンを用いた状態を示す模式図である。この場合、ドローンは、翼によるノイズが多いため、音源位置計測装置２１には、ノイズカバー４０を設けるようにしている。なお、ドローンのノイズの周波数帯がわかっている場合、音波受信部２は、このノイズの周波数帯を除去するフィルタを介して音波を検出するとよい。

＜変形例２＞
図８は、本発明の実施形態の変形例２である音源位置計測システム５０の構成を示す機能ブロック図である。本変形例２では、移動装置２２が移動可能なように移動手段を備えている。移動装置２２には、音波受信部２、位置情報計測部３及び第２通信部３２が搭載されている。また、音源位置計測装置２１は、図１に示した音源位置計測装置１の音波受信部２、位置情報計測部３、操作部４、表示部５を削除するとともに、第１通信部３１を設けている。

また、端末装置２３は、操作部４、表示部５及び第３通信部３３を有する。そして、移動装置２２と音源位置計測装置２１とは、有線あるいは無線で接続され、音源位置計測装置２１と端末装置２３とは、有線、無線、ネットワーク（インターネットを含む）を介して、またはこれらの手法を組み合わせて接続される。

なお、移動装置２２の移動手段は、例えば、ドローンである。なお、端末装置２３は、移動装置２２の移動を制御するようにしてもよい。音源から有害なガス等が漏れない水管や貯水槽の検査では、移動装置２２として人力で走行するトロリーを用いることも可能である。これら移動装置２２より、広範囲な検査範囲であっても検査の自動化あるいは半自動化により検査作業効率を向上させることができる。

移動装置２２は、ドローン（移動手段）、カメラ（センサ３ａ）とマイクロホン（音波受信部２）と情報送付用の第２通信部３２を含んだ図示しない制御部を搭載している。この制御部は、位置情報算出部３ｂ、操作部４にそった移動手段の制御、音波受信部２の制御、第２通信部の制御、音波に関する情報や位置情報を記録媒体への格納を実行する。また、この制御部は、情報や制御等を実行するためのプログラムを格納する記録媒体も備えている。例えば、この制御部は、通信用インターフェイスを持った小型コンピュータそのものであり、小型コンピュータにセンサ３ａと音波受信部２とが付き、それらがそのままドローンに搭載されている。

移動装置２２は、音波と位置情報算出部３ｂからの出力は、無線で音源位置計測装置２１に送付されても良いが、ＳＤカードや（ソリッドステートドライブ（Solid State Drive、略してＳＤＤ）、ハードディスク（Hard Disk Drive、略してＨＤＤ）等の記録媒体に保存して、測定後に記録媒体に保存された情報を移動させることも可能である。

一方、端末装置２３は移動装置２２の移動を、移動手段を介して制御する。音源位置計測装置２１は、音源位置の算出処理、移動量算出処理、虚像音源判定処理、出力処理、記憶処理等を行う。なお、合成画像の出力先は端末装置２３としている。

端末装置２３は、操作部４と第３通信部３３を含んだ図示しない制御部を有する。この制御部は、出力するための情報や制御等を実行するためのプログラムを格納する記録媒体を有する。端末装置２３は、コンピュータが搭載され、例えば、スマートホンやタブレットにより実現される。

なお、変形例２では、移動装置２２と端末装置２３とが作業者の近くにあり、音源位置計測装置２１が遠隔地にある場合を想定している。また、端末装置２３は作業者が携帯しながら操作し、移動装置２２は作業者から離れた場所に移動してデータを収集することができる。この場合、端末装置２３を持った作業者は安全なところから、ガス漏れなど危険な領域に移動装置２２だけを移動させることできる。この結果、作業者の安全を確保しながら危険な領域内の状況を計測することができる。また、ドローンなど、人力に頼らない移動手段を移動装置２２が備えている場合に適しており、移動手段などが運ぶ荷重を減らすことができる。

＜変形例３＞
図９は、本発明の実施形態の変形例３である音源位置計測システム５０の構成を示す機能ブロック図である。本変形例３では、端末装置２３に音源位置計測装置２１が備えられている。移動装置２２と端末装置２３とは、それぞれ第２通信部３２と第１通信部３１とを介して情報の授受を行う。移動装置２２と端末装置２３とは、有線、無線、ネットワーク（インターネットを含む）を介して、またはこれらの手法を組み合わせて接続される。変形例３は、ドローンなど、人力に頼らない移動手段を移動装置２２が備えている場合に適しており、移動手段が運ぶ荷重を減らすことができる。

なお、ドローンを用いた音源位置計測装置１の飛行試験を実施した。地上に模擬リーク音源を置いて、ドローンが水平移動しながら、上空からリーク音源を検知した際、常にリーク音源とは別にドローンの反射音を誤検出していたが、本実施形態では、ドローンの反射音（虚像音源）はドローンと共に移動し、実音源は移動しないため、実音源のみを検出することができた。

また、リーク音は穴径や内圧によって周波数が異なることから、使用者は操作ボタンによりバンドパスフィルタの範囲を任意に設定することにより、網羅的に腐食穴を発見することができる。

なお、移動装置２２は、空中、陸上、物体上または液体中のいずれか１つ以上を移動可能とするものである。具体的には、先に説明したトロリー、ドローンの他、無人搬送車（Automatic Guides Vehicle、略してAGV）または自律走行搬送ロボット（Autonomous Mobile Robot、略してAMR）、歩行ロボット、クローラーロボット、蛇型水中ロボット、検査用ピグまたは検査用ロボット等があげられる。

＜破損検出方法＞
上記の実施形態及び変形例に係る音源位置計測方法は、例えば、管からのリーク音を計測することで、この管の破損を検出する破損検出方法に適用することができる。

＜異常検出方法＞
上記の実施形態及び変形例に係る音源位置計測方法は、例えば、機械からの異常音を計測することで、この機械の異常を検出する異常検出方法に適用することができる。

なお、音源位置計測装置を構成する音源位置算出部と移動量算出部と虚像音源判定部は、これらの機能を、コンピュータで実行できるように構成された音源位置計測用プログラムにより実現してもよいし、音源位置計測部用プログラムを記録した記録媒体を設けてもよい。また、端末装置は、端末装置の操作部と第３通信部の機能と、音源位置計測装置から出力された虚像音源に関する情報を、前記第３通信部を介して取得し、予め定められた形式にて表示部に表示する機能と、をコンピュータで実行するように構成された端末装置用プログラムにより実現してもよいし、端末装置用プログラムを記録した記録媒体を設けてもよい。

以上、本発明に係る音源位置計測方法、音源位置計測装置、破損検出方法、異常検出方法、音源位置計測用の端末装置、音源位置計測システム、端末システム、音源位置計測用プログラム、端末装置用プログラム及び記録媒体について、発明を実施するための形態および変形例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１，２１ 音源位置計測装置
１ａ 筐体
２ 音波受信部
３ 位置情報計測部
３ａ センサ
３ｂ 位置情報算出部
４ 操作部
５ 表示部
６ 記憶部
７ 制御部
１１ 音源位置算出部
１２ 移動量算出部
１３ 虚像音源判定部
１４ 出力処理部
２２ 移動装置
２３ 端末装置
３１ 第１通信部
３２ 第２通信部
３３ 第３通信部
４０ ノイズカバー
５０ 音源位置計測システム
１０１ 配管
ＣＡ 特徴点
Ｄ１，Ｄ２ 画像
ＤＤ 合成画像
ＤＰ１～ＤＰＮ 対データ
Ｌ１～Ｌ３ 経路
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ２´ 音圧マップ
ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＳ 音源

Claims (22)

1. 測定範囲の位置を移動させながら複数の前記測定範囲にて受信された音波から、前記測定範囲ごとに音源位置を算出する音源位置算出ステップと、
   前記測定範囲の位置の移動量と前記算出された音源位置の移動量とを算出する移動量算出ステップと、
   算出された前記測定範囲の位置の移動量と前記音源位置の移動量とを用いて、前記音源位置の内から虚像音源を判定する虚像音源判定ステップと、
   を含み、
   前記虚像音源判定ステップは、
   算出された前記音源位置の移動量と算出された前記測定範囲の位置の移動量とを比較するステップと、
   前記測定範囲の位置の移動量と異なる移動量を持つ音源位置を、虚像音源として判定するステップと、
   を含む、音源位置計測方法。
2. 前記測定範囲の位置を移動させながら、前記複数の測定範囲からの音波を受信する音波受信ステップを含む、請求項１に記載の音源位置計測方法。
3. 前記音波受信ステップは、前記複数の測定範囲の位置に関する情報を、前記測定範囲ごとに取得するステップを含み、
   前記移動量算出ステップは、前記音波受信ステップで取得された複数の測定範囲の位置に関する情報の内、第１測定範囲の位置に関する情報と前記第１測定範囲から移動した後の第２測定範囲の位置に関する情報とから、前記測定範囲の位置の移動量を算出するステップを含む、請求項２に記載の音源位置計測方法。
4. 前記音波受信ステップは、時間を変化させて、前記測定範囲を複数の画像として撮像するステップを含み、
   前記移動量算出ステップは、前記音波受信ステップで撮像された複数の画像の内、第１時刻で撮影された画像と前記第１時刻よりも後の第２時刻で撮影された画像とから移動量を算出するステップを含む、請求項２に記載の音源位置計測方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の音源位置計測方法を用いて管からのリーク音を計測して前記管の破損を検出する、破損検出方法。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の音源位置計測方法を用いて機械からの異常音を計測して前記機械の異常を検出する、異常検出方法。
7. 測定範囲の位置を移動させながら、複数の前記測定範囲にて受信された音波から、前記測定範囲ごとに音源位置を算出する音源位置算出部と、
   前記測定範囲の位置の移動量と前記算出した音源位置の移動量とを算出する移動量算出部と、
   算出された前記測定範囲の位置の移動量と前記音源位置の移動量とを比較し、前記音源位置の内から、前記測定範囲の位置の移動量と異なる移動量を持つ音源位置を、虚像音源として判定する虚像音源判定部と、
   を備える、音源位置計測装置。
8. 請求項７に記載の音源位置計測装置は、第１通信部を備え、
   前記第１通信部は、前記受信された音波に関する情報と前記測定範囲の位置に関する情報とを取得する、および／または、前記虚像音源判定部からの虚像音源に関する情報を出力する、音源位置計測装置。
9. 前記測定範囲の前記位置を移動させながら、前記複数の前記測定範囲からの音波を受信する音波受信部を備える、請求項７に記載の音源位置計測装置。
10. 少なくとも前記音波受信部を移動させる移動手段を備える、請求項９に記載の音源位置計測装置。
11. 測定範囲の位置を移動させながら複数の前記測定範囲で音波を受信する移動装置および音源位置計測装置に対して通信する第３通信部と、
    前記移動装置の移動手段を、前記第３通信部を介して操作する操作部と、
    前記音源位置計測装置から出力される虚像音源に関する情報を、前記第３通信部を介して取得し、予め定められた形式にて表示部に表示する手段と、
    を備えた音源位置計測用の端末装置であって、
    前記虚像音源に関する情報は、
    前記音源位置計測装置により、
    前記移動装置により受信された音波に関する情報と前記測定範囲の位置に関する情報とから得られるものである、音源位置計測用の端末装置。
12. 測定範囲の位置を移動させながら複数の前記測定範囲で音波を受信する移動装置と通信する第３通信部と、
    前記移動装置の移動手段を、前記第３通信部を介して操作する操作部と、
    請求項７に記載の音源位置計測装置と、
    を備えた音源位置計測用の端末装置。
13. 請求項９または１０に記載の音源位置計測装置と請求項１１に記載の端末装置とを備え、音源位置を計測する音源位置計測システム。
14. 請求項８に記載の音源位置計測装置と、移動装置と、端末装置とを備える音源位置計測システムであって、
    前記移動装置は、
    前記測定範囲の前記位置を移動させながら、前記複数の前記測定範囲からの音波を受信する音波受信部と
    前記音波受信手段を移動させる移動手段と、
    受信した前記音波に関する情報と前記測定範囲の位置に関する情報とを、前記音源位置計測装置に第２通信部を介して送付する手段と、
    を備え、
    前記端末装置は、
    前記移動手段を、第１通信部を介して操作する操作部と、
    前記音源位置計測装置から出力された虚像音源に関する情報を、第３通信部を介して取得し、予め定められた形式にて表示部に表示する手段と、
    を備えた、音源位置計測システム。
15. 請求項１２に記載の端末装置と移動装置とを備え、音源位置を計測する音源位置計測システムであって、
    前記移動装置は、
    前記測定範囲の前記位置を移動させながら、前記複数の前記測定範囲からの音波を受信する音波受信部と、
    前記音波受信手段を移動させる移動手段と、
    受信した前記音波に関する情報と前記測定範囲の位置に関する情報とを、前記音源位置計測装置に第２通信部を介して送付する手段と、
    を備える、音源位置計測システム。
16. 請求項１１に記載の端末装置と移動装置とを備え、音源位置を計測するための端末システムであって、
    前記移動装置は、
    前記測定範囲の前記位置を移動させながら、前記複数の前記測定範囲からの音波を受信する音波受信部と、
    前記音波受信手段を移動させる移動手段と、
    を備える、端末システム。
17. 請求項７から１０のいずれか１項に記載の音源位置計測装置の前記虚像音源判定部から出力される虚像音源に関する情報を用いて、管からのリーク音を計測して前記管の破損を検出する、破損検出方法。
18. 請求項７から１０のいずれか１項に記載の音源位置計測装置の前記虚像音源判定部から出力される虚像音源に関する情報を用いて機械からの異常音を計測して前記機械の異常を検出する、異常検出方法。
19. 請求項７に記載の音源位置計測装置に用いられる音源位置計測用プログラムであって、
    前記音源位置算出部と前記移動量算出部と前記虚像音源判定部の機能を、コンピュータで実行できるように構成された、音源位置計測用プログラム。
20. 請求項７に記載の音源位置計測装置に用いられる音源位置計測用プログラムを記録した記録媒体であって、
    前記音源位置算出部と前記移動量算出部と前記虚像音源判定部の機能を、コンピュータで実行できるように構成された、音源位置計測部用プログラムを記録した記録媒体。
21. 請求項１１に記載の音源位置計測用の端末装置に用いられる端末装置用プログラムであって、
    前記端末装置の操作部の機能と第３通信部の機能と、
    前記音源位置計測装置から出力された虚像音源に関する情報を、前記第３通信部を介して取得し、予め定められた形式にて表示部に表示する機能と、
    をコンピュータで実行するように構成された、端末装置用プログラム。
22. 請求項１１に記載の音源位置計測用の端末装置に用いられる端末装置用プログラムを記録した記録媒体であって、
    前記端末装置の操作部の機能と第３通信部の機能と、
    前記音源位置計測装置から出力された虚像音源に関する情報を、前記第３通信部を介して取得し、予め定められた形式にて表示部５に表示する機能と、
    をコンピュータで実行するように構成された、端末装置用プログラムを記録した記録媒体。

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