JP2024079947A - 煙検知装置、異常監視システム及び煙検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像部で撮像された画像内に、煙を検知するのに不向きな部分があっても、前処理によりその部分を含めて煙の検知処理を可能とする。【解決手段】煙検知装置１０は、撮像部である監視カメラ１０で撮像された監視領域の監視画像の明るさを、画像領域分割部２６により所定の異なる明るさの範囲を持つ複数の明るさ領域に分け、分割領域明るさ調整部３０により明るさ領域の各々に対応して明るさを調整することで、複数の異なる明るさに調整する前処理部２０と、前処理部２０により複数の明るさで調整された監視画像の明るさ領域の各々に対して煙の検知処理を行う煙検知処理部２２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像部で撮像された監視領域の監視画像から煙を検知する煙検知装置、当該煙検知装置を備えた異常監視システム及び煙検知方法に関する。

従来、監視カメラで撮像した監視領域の監視画像に対し画像処理を施して煙を検知することで異常として火災を検出できるようにした様々な煙検知装置やその方法が提案されている。

このような従来の煙検知装置にあっては、監視カメラで撮像した監視画像全体を画像処理して煙による特徴的な変化を検知して火災等の異常を検出できるようにしている。

特開２０２２－０５７２２６号公報 特開２０２２－１３５７３４号公報 特開２０２２－１３５７８３号公報

しかしながら、従来の煙検知装置にあっては、監視カメラで撮像された画像内に極端に明るい部分や極端に暗い部分が存在し、これらの部分を背景として煙が存在した場合には煙を検知することができない場合がある。

例えば監視カメラで撮像された画像内に、外光が差し込んでいる部分や白い壁が存在する部分等があり、これらの部分に燻焼火災等に伴う白い煙が存在しても、画像では当該部分の背景の画素値と煙の画素値が同じか近似するため、当該部分では煙を検知することができない。また、例えば監視カメラで撮像された画像内に、監視領域の灯が薄暗く極端に暗い部分等があり、これらの部分に燃焼火災等に伴う黒い煙が存在しても、画像内では当該部分の背景の画素値と煙の画素値が同じか近似するため、同様に煙を検知することができない。

本発明は、撮像部で撮像された画像内に、煙を検知するのに不向きな部分があっても、前処理によりその部分を含めて煙の検知処理を可能とする煙検知装置、煙を含む監視対象を監視する異常監視システム及び煙検知方法を提供することを目的とする。

（煙検知装置）
本発明は、煙検知装置であって、
撮像部で撮像された監視領域の監視画像の明るさ分布が調整された画像毎に異なる分布となるように、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整する前処理部と、
前処理部で複数の明るさに調整された２以上の所定数の監視画像に対して煙の検知処理を行う煙検知処理部と、
を備えたことを特徴とする。

（分割された明るさ領域）
前処理部は、撮像部で撮像された監視領域の監視画像を、所定の異なる明るさの範囲を持つ複数の明るさ領域に分け、明るさ領域の各々に対応して明るさを調整することで、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整し、
煙検知処理部は、明るさが調整された明るさ領域の各々に対して煙の検知処理を行う。

（明るさ領域の分割方法）
前処理部は、明るさ領域に分割する前に監視画像全体の明るさを調整し、当該調整後の監視画像の画素値に基づき、監視画像を複数の明るさ領域に分割する。

（段階的な明るさ調整）
前処理部は、所定の調整幅で段階的に撮像部の明るさ設定を増減させて撮像部に撮像させることで、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整する。

（所定の画素値範囲の画素値を持つ領域の抽出）
前処理部は、更に、明るさが調整された監視画像の各々で所定の画素値範囲の画素値を持つ領域を抽出し、
煙検知処理部は、明るさが調整された監視画像の各々の当該抽出された領域に対して煙の検知処理を行う。

（所定の画素値範囲の画素値幅）
前処理部は、所定のゲイン幅で段階的に撮像部のプリセットゲインを増減させることで明るさを調整し、
所定の画素値範囲の画素値幅は、ゲイン幅を超える幅とする。

（明るさの再調整）
前処理部は、所定の画素値範囲の画素値を持つ領域を抽出した後に、更に抽出された当該領域に対応して明るさを再調整する。

（異常監視システム１）
本発明は、異常監視システムであって、前述した煙検知装置と、撮像部と、を備えたことを特徴とする。

（煙検知方法）
本発明は、煙検知方法であって、
前処理部により、撮像部で撮像された監視領域の監視画像の明るさ分布が調整された画像毎に異なる分布となるように、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整し、
煙検知処理部により、前処理部で複数の明るさに調整された２以上の所定数の監視画像の各々に対して煙の検知処理を行うことを特徴とする。

尚、これ以外の煙検知方法の特徴は、前述した煙検知装置の場合と同様になるため、その記載は省略する。

（異常監視システム２）
本発明は、異常監視システムであって、
撮像部で撮像された監視領域の監視画像の明るさ分布が調整された画像毎に異なる分布となるように、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整する前処理部と、
前処理部で複数の明るさに調整された２以上の所定数の監視画像に対して監視対象の検知処理を行う監視対象検知処理部と、
を備えたことを特徴とする。

（煙検知装置の効果）
本発明の煙検知装置にあっては、撮像部で撮像された監視領域の監視画像の明るさ分布が調整された画像毎に異なる分布となるように、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整する前処理部と、前処理部で複数の明るさに調整された２以上の所定数の監視画像に対して煙の検知処理を行う煙検知処理部と、を備えたため、監視画像の明るさが複数の異なる明るさに調整された後に煙検知処理が行われて、極端に明るい部分や極端に暗い部分等の従来では煙の検知が困難な部分についても適当な明るさに調整されることから、より確実に監視画像から煙を検知することを可能とする。

（分割された明るさ領域の効果）
前処理部は、撮像部で撮像された監視領域の監視画像を、所定の異なる明るさの範囲を持つ複数の明るさ領域に分け、明るさ領域の各々に対応して明るさを調整することで、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整し、煙検知処理部は、明るさが調整された明るさ領域の各々に対して煙の検知処理を行うため、明るさの度合により分けられた領域毎に煙検知処理を行うことから、より確実に煙を検知することを可能とする。また、明るさ領域の各々の明るさに応じて調整するため、固定された明るさの調整ではないことから、例えば日が当たるタイミングかそうでないか、照明が点灯するタイミングかそうでないか、車のライトや回転灯など移動する発光体の有無などにも対応して煙の検知を行うことを可能とする。

（明るさ領域の分割方法の効果）
前処理部は、明るさ領域に分割する前に監視画像全体の明るさを調整し、当該調整後の監視画像の画素値に基づき、監視画像を複数の明るさ領域に分割するため、監視画像を適当な明るさに調整した上で明るさ領域の分割が行われ、より正確で適当に明るさ領域を分割することを可能とする。

（段階的な明るさ調整の効果）
前処理部は、所定の調整幅で段階的に撮像部の明るさ設定を増減させて撮像部に撮像させることで、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整するため、明るさを一定の倍率で増減させる調整を可能とする。

（所定の画素値範囲の画素値を持つ領域の抽出の効果）
前処理部は、更に、明るさが調整された監視画像の各々で所定の画素値範囲の画素値を持つ領域を抽出し、煙検知処理部は、明るさが調整された監視画像の各々の当該抽出された領域に対して煙の検知処理を行うため、明るさが調整された監視画像の中から煙の検知に適当な領域を絞り込んで煙検知を行うことができ、より確実に煙を検知することを可能とする。

（所定の画素値範囲の画素値幅の効果）
前処理部は、所定のゲイン幅で段階的に撮像部のプリセットゲインを増減させることで明るさを調整し、所定の画素値範囲の画素値幅は、ゲイン幅を超える幅とするため、監視画像の何れの部分も明るさ調整された監視画像の何れの所定の画素値範囲内に存在することになり、監視画像の全ての部分に対して漏れなく煙を検知することを可能とする。

（明るさの再調整の効果）
前処理部は、所定の画素値範囲の画素値を持つ領域を抽出した後に、更に抽出された当該領域に対応して明るさを再調整するため、より適当な明るさで煙の検知処理を行うことができ、より確実に煙を検知することを可能とする。

異常監視システム及び煙検知方法にあっても、前述した煙検知装置と同様な効果が得られる。

第１実施形態の煙検知装置を示した説明図である。 白背景部分で煙を検知可能とするために明るさ調整した監視画像を示した説明図である。 監視カメラで撮像したトンネル内の監視画像を示した説明図である。 図３の監視画像における画素値のヒストグラムを示した説明図である。 図４のヒストグラムを閾値で二値化した内の低散乱領域を含む第１分割画像を示した説明図である。 図５の第１分割画像の低散乱領域におけるヒストグラムを示した説明図である。 図４のヒストグラムを閾値で二値化した内の中散乱領域と高散乱領域を含む第２分割画像を示した説明図である。 図７の第２分割画像の中散乱領域と高散乱領域におけるヒストグラムを示した説明図である。 図８のヒストグラムを閾値で二値化した内の高散乱領域を含む第３分割画像を示した説明図である。 図８のヒストグラムを閾値で二値化した内の中散乱領域を含む第４分割画像を示した説明図である。 図１の煙検知装置による煙検知の処理動作を示したフローチャートである。 第２実施形態の煙検知装置を示した説明図である。 図１２の監視カメラのプリセットゲインの切替設定をリスト形式で示した説明図である。 図１２の煙検知装置による煙検知の処理動作を示したフローチャートである。

以下に、本発明に係る煙検知装置、異常監視システム及び煙検知方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の実施形態により、本発明が限定されるものではない。

［実施形態の基本的な概念］
まず、実施形態の基本的概念について説明する。実施形態は、概略的に、撮像部で撮像された監視領域の監視画像から煙を検知する煙検知装置に関するものであり、発明としては、その煙検知装置を利用した煙検知方法や煙検知装置を備えた異常監視システムを含むものである。また、監視対象を煙に限らず、例えば人や動物等としても良く、そのような監視対象の検知処理を行う異常監視システムにも発明の範囲は及ぶものである。

実施形態の煙検知装置は、前処理部及び煙検知処理部を備えるものである。

ここで、「前処理部」とは、煙検知処理部で煙の検知をより確実とするために前処理を行うものであり、実施形態では、撮撮部で撮像された監視領域の監視画像の明るさ分布が調整された画像毎に異なる分布となるように、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整する前処理を行うものである。また、「監視画像の明るさ分布が異なる分布となるように、監視画像の明るさを調整する」とは、監視領域における同じ地点を撮像した監視画像について、
その監視画像内の明るさの分布（画素値の分布）が異なるように明るさを調整することであり、その明るさ調整は、撮像された監視画像に対して調整する監視画像の撮像後に調整するもの、撮像部の撮像条件の変更等により撮像される監視画像を調整する監視画像の撮像前に調整するものの両方を包含するものである。

また、「煙検知処理部」とは、監視画像に対して煙を検知する処理を行うものであり、実施形態では、前処理部で複数の明るさに調整された２以上の所定数の監視画像に対して煙の検知処理を行うものである。また、「２以上の所定数の監視画像に対して煙の検知処理を行う」とは、煙検知処理部は前処理部で明るさが調整された全ての監視画像に対して必ずしも検知処理を行う必要はなく、前処理部で明るさが調整された全ての監視画像から少なくとも２つの明るさが調整された監視画像を選択して煙の検知処理を行うことができ、当然２つ以上の明るさが調整された監視画像、明るさが調整された全ての監視画像に対して煙の検知処理を行うことを妨げない。

また、「撮像部」とは、監視領域の画像や動画像を撮像するものであり、監視領域の動画を撮像するビデオカメラを含む概念である。また、「監視領域」とは、煙検知装置により監視の対象とする領域であり、一定の広がりをもった屋外や屋内の空間であり、例えばトンネル等の構造物の内部や建物の部屋、廊下、階段等を含む建物の内部等の屋内、屋外駐車場や神社仏閣等の屋外等の領域を含む概念である。

そして、前処理部による監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整する前処理として「第１前処理」と「第２前処理」の２つに分けられる。

まず「第１前処理」は、監視画像の撮像後に明るさを調整する前処理の１種であり、撮像部で撮像された監視領域の監視画像を、所定の異なる明るさの範囲を持つ複数の明るさ領域に分け、明るさ領域の各々に対応して明るさを調整することで、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整する。また、第１前処理の場合には、煙検知処理部は、明るさが調整された明るさ領域の各々に対して煙の検知処理を行うこととなる。

ここで、第１前処理により分割される明るさ領域の数やその範囲は設計思想等により様々であり、また複数の明るさ領域に分ける方法も任意であり、例えば明るさ領域に分割する前に監視画像全体の明るさを調整し、当該調整後の監視画像の画素値に基づき、監視画像を複数の明るさ領域に分割する方法等を含む。より具体的には、監視画像全体の平均画素値を用いて、平均画素値が基準平均画素値となるように補正係数を求め、監視画像の各画素の画素値に補正係数を乗じる方法、平均画素値Ｐａ１が所定の許容範囲内に収まるように監視カメラ１０の撮像条件を変更する方法、極端に明るい画素（例えば画素値２５０以上の画素）又は極端に暗い画素（例えば画素値５以下の画素）の数が所定の割合に収まるように監視カメラ１０の撮像条件を変更する方法等がある。

次に「第２前処理」は、監視画像の撮像前に明るさを調整する前処理の１種であり、所定の調整幅で段階的に撮像部の明るさ設定を増減させて撮像部に撮像させることで、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整し、より具体的には、所定のゲイン幅で段階的に撮像部のプリセットゲインを増減させるものを含むものである。

ここで、「プリセットゲインの増減（調整）」とは、撮像する画像監視の明るさを調整するための、例えば光学系の開口絞り、増幅器のゲイン、シャッタースピードに相当する撮像素子の蓄積時間等の調整を含むものである。また、「所定のゲイン幅で段階的に増減」とは、例えば４段階で調整可能とし、ゲイン幅を「１０ｄＢ」とした場合には、その一例として各レンジでのプリセットゲインは「－１５ｄＢ、－５ｄＢ、＋５ｄＢ，＋１５ｄＢ」として調整することになる。

また、「第２前処理」は、更に、明るさが調整された監視画像の各々で所定の画素値範囲の画素値を持つ領域を抽出するようにして、煙検知処理部は、明るさが調整された監視画像の各々の当該抽出された領域に対して煙の検知処理を行うようにしても良い。

ここで、「所定の画素値範囲」は煙の検知が可能である画素値範囲とするが望ましいが、その範囲に煙の検知が困難な画素値（０又は２５５付近の画素値）が含まれていても良い。また、所定の画素値範囲の画素値幅は、ゲイン幅を超える幅とすることが望ましい。また、「画素値幅」とは、画素値範囲における最大画素値と最小画素値の比（＝最大画素値／最小画素値）のことであり、ゲイン幅は、ゲインの差分であり、例えばプリセットゲインを「－１５ｄＢ、－５ｄＢ、＋５ｄＢ，＋１５ｄＢ」とするならば１０ｄＢ（＝１０倍）となる。

また、「第２前処理」は、更に、所定の画素値範囲の画素値を持つ領域を抽出した後に、抽出された当該領域に対応して明るさを再調整するようにしても良い。

以下、具体的な実施形態を説明する。以下に示す具体的な実施形態では、「撮像部」がカラー動画を撮像する「監視カメラ」であり、第１前処理については、明るさ領域が「高散乱領域」、「中散乱領域」、「低散乱領域」の３つに分けられる場合、第２前処理については、ゲイン幅を「１０ｄＢ」とし、プリセットゲインが「－１５ｄＢ、－５ｄＢ、＋５ｄＢ，＋１５ｄＢ」の４段階で明るさ調整可能な場合にて説明する。

［実施形態の具体的内容］
煙検知装置の実施形態について、より詳細に説明する。その内容については以下のように分けて説明する。
ａ．第１実施形態の煙検知装置
ａ１．監視カメラ
ａ２．煙検知装置
ｂ．前処理部
ｂ１．前処理部の構成
ｂ２．監視画像の明るさによる煙検知の違い
ｂ３．画像領域分割部
ｂ４．監視画像内における明るさ領域の分布
ｂ５．二値化による明るさ領域の分割
ｂ６．分割領域明るさ調整部
ｃ．第１実施形態の煙検知の処理動作
ｄ．第２実施形態の煙検知装置
ｄ１．ゲイン切替部とプリセットゲイン切替制御部
ｄ２．前処理部
ｄ３．第２実施形態の煙検知の処理動作
ｅ．本発明の変形例
［ａ．第１実施形態の煙検知装置］
まず、第１実施形態として、第１前処理を行う煙検知装置について説明する。当該説明にあっては、第１実施形態の煙検知装置を示した図１を参照する。

（ａ１．監視カメラ）
図１に示すように、煙検知装置１２には、監視領域を撮像する監視カメラ１０が接続される。監視カメラ１０は火災の監視対象の所定の監視領域に設置され、監視領域を逐次、例えば毎秒３０フレーム又は毎秒６０フレームのフレーム速度で撮像したカラーのフレーム画像の連続からなる動画から、毎秒３０フレーム又は毎秒６０フレームとなる監視領域のＲＧＢフレーム画像の画像データを煙検知装置１２に伝送する。ここで、監視カメラ１０による動画像のサイズは任意であるが、例えば１２８０×７２０ピクセルとする。また、カラーのフレーム画像のカラー画素は、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素から構成され、それぞれ８ビットデータであることから、１カラー画素の画素値は２４ビットデータとなる。

（ａ２．煙検知装置）
煙検知装置１２は、ハードウェアとしてＣＰＵ、メモリ、各種の入出力ポート等を備えたコンピュータ回路等で構成され、ＣＰＵによるプログラムの実行により実現される機能として、制御部１６、ＲＧＢ／グレースケール変換部１８、前処理部２０及び煙検知処理部２２が設けられる。

制御部１６は、煙検知装置１２に設けたその他の各機能の全体的な制御を行う。また、監視カメラ１０の制御も行い、伝送制御によりＲＧＢフレーム画像の画像データを伝送させる。

ＲＧＢ／グレースケール変換部１８は、監視カメラ１０から伝送されたＲＧＢフレーム画像の画像データ（監視画像）を受信し、監視画像をグレースケールのフレーム画像に変換するものであり、当該変換は公知であり、赤画素値Ｒ、緑画素値をＧ、青画素値をＢとすると、次の画素値の変換となる。
（グレースケール画素値）＝０．３Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ
ここで、グレースケール画素値は８ビットデータであり、０～２５５の範囲の値となる。以下の説明では、グレースケール画素を単に画素という場合がある。

前処理部２０は、ＲＧＢ／グレースケール変換部１８でグレースケール化された監視画像を、所定の異なる明るさの範囲を持つ複数の明るさ領域に分け、分けられた明るさ領域ごとに、例えば煙を検知可能な明るさに調整して前処理画像を生成する。

煙検知処理部２２は、前処理部２０で生成された前処理画像の各々に対して煙を検知する煙検知処理を行うものであり、画像に基づく煙検知処理は任意であり、例えば公知の煙検知処理が用いられる。

［ｂ．前処理部］
続いて、前処理部２０について、より詳細に説明する。

（ｂ１．前処理部の構成）
第１実施形態の前処理部２０は、監視画像を所定の異なる明るさの範囲を持つ複数の明るさ領域に分け、明るさ領域の各々に対応して明るさを調整する第１前処理を行うものであり、その構成や機能は任意であるが、例えば図１に示すように、画像全体明るさ調整部２４、画像領域分割部２６、画像記憶部２８及び分割領域明るさ調整部３０で構成される。

画像全体明るさ調整部２４は、監視画像全体の明るさを調整する。画像全体明るさ調整部２４による監視画像全体の明るさ調整方法は任意であるが、例えば、監視カメラ１０の撮像条件として明るさを調整するプリセットゲインを所定値に固定として撮像された監視画像から、まず全画素の画素値の平均画素値Ｐａ１を求め、続いて平均画素値Ｐａ１が所定の基準平均画素値Ｐｒ１となるように補正係数（Ｐｒ１／Ｐａ１）を求め、最後に各画素の画素値に補正係数を乗じることで調整する。このため、監視画像は極端に明るすぎたり、暗すぎたりする画素が極力存在しないように適当な明るさに調整される。尚、前回処理時の監視画像に対し今回の監視画像の画像全体の明るさに大きな変化がない場合には、前回処理時の補正係数を使用し、新たな補正係数の導出は不要としてもよい。

また、監視カメラの撮像条件を変更することで監視画像全体の明るさを調整するようにしても良い。例えば、平均画素値Ｐａ１が所定の許容範囲内に収まっているかを判定し、所定の許容範囲内にない場合には監視カメラ１０の撮像条件として、例えばプリセットゲインを変更させて再度監視画像を取得する。そして、再度取得した監視画像の平均画素値Ｐａ１が所定の許容範囲内に収まっているかを判定し、所定の許容範囲内にある場合には明るさ調整を完了とし、所定の許容範囲内にない場合には所定の許容範囲内に収まるまで監視カメラ１０の撮像条件を調整する。

また、極端に明るい画素（例えば画素値２５０以上の画素）又は極端に暗い画素（例えば画素値５以下の画素）の数が所定の割合以上あるかを判定し、所定の割合以上ある場合には、監視カメラ１０の撮像条件として、例えばプリセットゲインを変更させて再度監視画像を取得するようにしても良い。尚、極端に明るい画素の数が所定の割合以上ある場合には、プリセットゲインは下げる方向に調整され、極端に暗い画素の数が所定の割合以上ある場合には、プリセットゲインは上げる方向に調整される。

そして、再度取得した監視画像で極端に明るい画素又は極端に暗い画素の数が所定の割合以上あるかを判定し、所定の割合より少ない場合には明るさ調整を完了とし、所定の割合以上ある場合には所定の割合より少なくなるまで監視カメラ１０の撮像条件を調整する。

画像領域分割部２６は、画像全体明るさ調整部２４で明るさ調整された監視画像を所定の異なる明るさの範囲を持つ複数の明るさ領域に分け、明るさ領域の各々に対応して明るさ領域分割画像を生成し、画像記憶部２８に記憶させる。

尚、前回処理時の監視画像で分割された明るさ領域と同じ領域の各々において、前回の監視画像の画素値分布と今回の監視画像の画素値分布に大きな変化がない場合には、前回処理時の監視画像での分割された明るさ領域をそのまま使用して明るさ領域分割画像を生成し、新たな明るさ領域に分けての明るさ領域分割画像の生成は省略してもよい。ここで、「前回の監視画像の画素値分布と今回の監視画像の画素値分布に大きな変化がない場合」とは、例えば、前回の明るさ領域分割画像と今回の同じ明るさ領域分割画像との差分画像の平均画素値が所定値以下となった場合等が該当する。また、以下の説明では、「明るさ領域分割画像」を単に「分割画像」という場合がある。

分割領域明るさ調整部３０は、画像記憶部２８に記憶された複数の分割画像を順次取出して、例えば煙を検知可能な明るさに各分割画像の明るさ領域を調整して煙検知処理部２２で煙検知処理を行うための前処理画像を生成する。分割領域明るさ調整部３０による各分割画像の明るさ調整は任意であるが、例えば、まず分割画像に含まれる明るさ領域の全画素の画素値の平均画素値Ｐａ２を求め、続いて平均画素値Ｐａ２が煙を検知可能とする所定の基準平均画素値Ｐｒ２となるように補正係数（Ｐｒ２／Ｐａ２）を求め、最後に各画素の画素値に補正係数を乗じて調整する。尚、分割領域明るさ調整部３０を画像領域分割部２６の次に設け、分割画像を生成した後に各分割画像の明るさ調整を行って生成された前処理画像を画像記憶部２８に記憶するようにしてもよく、分割画像及び前処理画像を分類して画像記憶部２８に記憶できるように構成しても良い。また、分割画像が取得した監視画像全体の明るさから大きな変化がない場合は、その分割画像の明るさ調整を省略してもよい。

（ｂ２．監視画像の明るさによる煙検知の違い）
次に、監視画像の明るさによる煙検知の違いについて説明する。当該説明にあっては、白背景部分で煙を検知可能とするために明るさ調整した監視画像を示した図２を参照する。尚、図２（Ａ）は明るさ調整前の監視画像であり、図２（Ｂ）は白背景部分で煙を検知するために明るさ調整した後の監視画像である。

図２（Ａ）に示す監視画像３２は、黒背景３８の一部に、外光の差し込みや白い壁等により極端に明るい白背景４０が存在し、火源３４から立ち上る白色の煙３６は黒背景３８部分では画像処理による煙検知が可能であるが、白背景４０部分では煙３６と白背景４０の画素値が飽和してしまうため画素値に差がなくなり、画像処理による煙検知ができない。

そこで、白背景４０部分において煙感知を可能とするために、監視カメラ１０のレンズ開口を狭くする絞り操作（アイリス操作）や増幅器のゲインを低くするゲイン操作、シヤッタースビートに相当する撮像素子の蓄積時間（露光時間）を短くする等を行うことで、監視画像３２の画像全体を暗くする明るさ調整を行うと、図２（Ｂ）に示すような明るさ調整画像３２１０となる。この場合には、より暗くなった黒背景３８部分では煙検知は困難となるが、暗くなった白背景４０部分では煙３６と白背景４０の画素値に差が現れて画像処理による煙検知が可能となる。

ここで、明るさ調整として撮像される画像を暗くするために、露光時間、アイリス、ゲインの何れを暗い側に調整しても像がシャープで低ノイズになる方向に画像が調整されるが、明るくするために、露光時間、アイリス、ゲインを明るい側に調整した場合には、露光時間を伸ばすと煙のベクトルがぼやけ、アイリスを開くと距離により撮像された画像がぼやけ、ゲインを上げるとノイズが増えるといった問題が発生する場合があるため、明るさ調整は適宜に行う必要がある。

また、露光時間については煙検知の処理上限が決まっており、それ以上に明るくする明るさ調整を行う場合にはアイリス及びゲインにより明るさ調整を行う。監視領域の奥行きが狭い場合には、アイリスをある程度開いても監視領域全域にピントが合い、ゲインを上げるとノイズが増えてしまうため、明るくする明るさ調整を行うにはアイリスを広めに開ける設定が良く、監視領域の奥行きが長い場合には、アイリスを狭めにしないと撮像された画像がぼやけるためで、ノイズの影響を考慮しながらゲインを上げることで対応する。また、ゲインを調整する場合には、ゲインを上げるとノイズが増えるため、煙検知のアルゴリズムがどの程度までノイズを許容・吸収できるかにより調整可能な明るさが決まることとなる。

以上のように、背景に合わせて監視画像３２の明るさを調整することで、監視画像全体で煙検知が可能となることから、本実施形態の前処理部２０では、監視画像を所定の異なる明るさの範囲の明るさ領域に分けた複数の分割画像を生成する画像領域分割部２６と、煙を検知可能な明るさに各分割画像の明るさ領域を調整して前処理画像を生成する分割領域明るさ調整部３０を備えている。

（ｂ３．画像領域分割部）
次に、前処理部２０に設けられた画像領域分割部２６について、より詳細に説明する。当該説明にあっては、監視カメラで撮像したトンネル内の監視画像を示した図３、図３の監視画像における画素値のヒストグラムを示した図４、図４のヒストグラムを閾値で二値化した内の低散乱領域を含む第１分割画像を示した図５、図５の第１分割画像の低散乱領域におけるヒストグラムを示した図６、図４のヒストグラムを閾値で二値化した内の中散乱領域と高散乱領域を含む第２分割画像を示した図７、図７の第２分割画像の中散乱領域と高散乱領域におけるヒストグラムを示した図８、図８のヒストグラムを閾値で二値化した内の高散乱領域を含む第３分割画像を示した図９、及び図８のヒストグラムを閾値で二値化した内の中散乱領域を含む第４分割画像を示した図１０を参照する。

（ｂ４．監視画像内における明るさ領域の分布）
画像領域分割部２６で分割画像を生成するために分けられる監視画像の明るさ領域の分布について説明する。

図３は監視カメラ１０をトンネル内に設置して撮像したトンネル監視画像４２の一例である。トンネル監視画像４２では、道路４４の先にトンネル入口４８があり、その先に別のトンネル出口が確認される。また、道路４４はトンネル入口とトンネル出口を除いて壁面４６で覆われており、道路４４に近い壁面４６の所定の高さに照明５０が所定の間隔で設置されている。また、図３上での道路４４の右手前には係員５２が映っている。尚、トンネル監視画像４２には映っていないが、壁面４６の天井側にも所定の間隔で照明が設置されている。

そして、図３におけるトンネル監視画像４２の明るさ領域の分布は、外光の影響を受けて極端に明るいトンネル入口４８付近の領域（高散乱領域）、天井側に設置している照明や照明５０の影響を受けて明るい領域（中散乱領域）、それ以外の外光や照明を受けない暗い領域（低散乱領域）となっている。尚、どの部分が高散乱領域、中散乱領域及び低散乱領域であるかは、画像領域分割部２６の処理により判明するものであるが、説明の都合上、現段階で３つの領域に分けられるものとして説明している。

（ｂ５．二値化による明るさ領域の分割）
図３のトンネル監視画像４２においては、画像領域分割部２６は、高散乱領域、中散乱領域及び低散乱領域の各明るさ領域に分割することになるが、その明るさ領域の分割は、例えば二値化に基づいて行われる。この二値化の方法は任意であるが、例えば「大津の方法」として知られた公知の方法を用いる。

「大津の方法」による二値化は、画像における画素のヒストグラムに基づいて最適な二値化するための閾値Ｐｔｈを決定する。

また、「大津の方法」は、画像の画素を２つのクラスに分け、クラス内の分散を最小化することにより二値化の閾値Ｐｔｈが決定され、その処理として以下の手順で処理される。

（１）入力画像のヒストグラムを求める。
（２）ヒストグラムから、画素値の最小値、最大値、平均値を求める。
（３）最小値と最大値の範囲内で、ある閾値を選択する。
（４）選択された閾値でヒストグラムを第１クラスと第２クラスの２つに分ける。
（５）第１クラスの分散、平均値、画素数を求める。
（６）第２クラスの分散、平均値、画素数を求める。
（７）クラス内分散とクラス間分散を求める。
（８）クラス内分散とクラス間分散から分離度を求める。
（９）次の新たな閾値を選択して分離度を求めるまでの（４）～（８）の処理を繰り返す。
（１０）最大の分離度となった閾値を二値化の閾値Ｐｔｈに決定する。

図３のトンネル監視画像４２においては、図４がそのヒストグラムであり、横軸が画素値（０～２５５）を示し、縦軸が画素数を示しており、二値化の閾値Ｐｔｈ１は１３０付近に決定される。

図５は図３のトンネル監視画像４２における二値化の閾値Ｐｔｈ１未満の画素を低散乱領域５６として分割して生成された第１分割画像５４を示している。第１分割画像５４では、図３のトンネル監視画像４２における二値化の閾値Ｐｔｈ１未満の画素値を持つ画素を有効画素として低散乱領域５６が生成され、二値化の閾値Ｐｔｈ１以上の画素値を持つ画素を無効画素として、例えば最小画素値０（黒画素）とすることで監視画像が存在しない画素無効領域６０が生成される。

尚、低散乱領域５６と画素無効領域６０の境界部分の結合や各領域内に発生する僅かな他の領域（穴領域）については、公知のモルフォロジー処理等で各領域の結合や穴埋めを行ってノイズとしての画像成分を低減除去してもよい。

図６は第１分割画像５４の低散乱領域５６における画素のヒストグラムであり、含まれる明るさ領域が低散乱領域５６だけであるため、画素値が一定の範囲内に収まっており、画像領域分割部２６ではこれ以上の分割は必要としないことが判定される。尚、画素値が低い範囲（明るさが暗いの範囲）にある画素数が所定数より多い場合には、更に分割することを妨げない。

図７は図３のトンネル監視画像４２における二値化の閾値Ｐｔｈ１以上の画素を有効画素として分割することで生成される第２分割画像６２であり、明るさ領域として第２分割画像６２には、画面下側及び画面左上隅の中散乱領域６４と、画面右上隅の高散乱領域６６が含まれる。また、第２分割画像６２には、図３のトンネル監視画像４２における閾値Ｐｔｈ１未満の画素を無効画素とし、無効画素を最小画素値０（黒画素）とすることで監視画像が存在しない画素無効領域６０が生成されている。尚、現段階では、第２分割画像６２の中散乱領域６４と高散乱領域６６は、画像領域分割部２６では異なる明るさ領域として認識されていないが説明の都合上、異なる明るさ領域として示している。

図８は図７の第２分割画像６２の中散乱領域６４と高散乱領域６６における画素のヒストグラムであり、高散乱領域６６の影響により画素値が飽和している画素（画素値２５５の画素）が多いため、第２分割画像６２に対して、再度「大津の方法」により最適な二値化の閾値Ｐｔｈ２を決定して二値化することで中散乱領域６４と高散乱領域６６とを分割して、図９に示す第３分割画像６８と図１０に示す第４分割画像７０が生成される。

図９に示す第３分割画像６８は、図７の第２分割画像６２における二値化の閾値Ｐｔｈ２以上の画素を高散乱領域６６として分割して生成された分割画像である。また、図１０の第４分割画像７０は、図７の第２分割画像６２における二値化の閾値Ｐｔｈ２未満の画素を中散乱領域６４として分割して生成された分割画像である。このように、図７の第２分割画像６２のヒストグラムを二値化することで、中散乱領域６４と高散乱領域６６が別々の明るさ領域と認識されることになる。

（ｂ６．分割領域明るさ調整部）
次に、前処理部２０に設けられた分割領域明るさ調整部３０について、より詳細に説明する。当該説明にあっては、前述した画像領域分割部２６の説明と同じくトンネル監視画像４２の場合で説明する。

分割領域明るさ調整部３０は、画像領域分割部２６で生成されて画像記憶部２８に記憶された図５の第１分割画像５４、図９の第３分割画像６８、及び図１０の第４分割画像７０を順次読出し、それぞれの分割画像の明るさ領域を対象に、煙を検知可能な明るさに調整する処理を行う。

図５の第１分割画像５４であれば、低散乱領域５６の明るさを煙が検知できる所定の画素値の範囲に入るように、低散乱領域５６の全画素の画素値の平均画素値Ｐａ２を求め、続いて平均画素値Ｐａ２が煙を検知可能とする所定の基準平均画素値Ｐｒ２となるように補正係数（Ｐｒ２／Ｐａ２）を求め、最後に各画素の画素値に補正係数を乗じて調整する。

図９の第３分割画像６８及び図１０の第７分割画像７０についても同様の調整であり、低散乱領域５６と比較して明るい中散乱領域６４や高散乱領域６６については、煙を検知できるように明るさを暗くする調整が行われる。

［ｃ．第１実施形態の煙検知の処理動作］
続いて、図１の煙検知装置による煙検知の処理動作について説明する。当該説明にあっては、図１の煙検知装置の処理動作を示したフローチャートとなる図１１を参照する。尚、煙検知装置１２の処理動作は制御部１６による処理動作となる。

図１１に示すように、制御部１６は、リアルタイム処理として、所定のプリセットゲインに設定された監視カメラ１０で撮像されたＲＧＢレーム画像をＲＧＢ／グレースケール変換部１８でグレースケールのフレーム画像に変換して監視画像を取得する（ステップＳ１）。

続いて、制御部１６は、前処理部２０の画像全体明るさ調整部２４により、取得した監視画像全体の明るさを調整して処理対象の画像を生成する（ステップＳ２）。尚、監視画像全体の明るさ調整を監視カメラ１０の撮像条件として、例えばプリセットゲインの設定により行った場合にも、画像全体明るさ調整部２４での明るさ調整を追加で行っても良い。また、監視画像全体の明るさ調整を監視カメラ１０の撮像条件を調整することで行う場合には、監視画像全体の明るさが所定の条件を充足するまで、監視カメラ１０の撮像条件を調整して撮像させ監視画像を再取得することとなる。

続いて、制御部１６は、前処理部２０の画像領域分割部２６により、監視画像の明るさに応じて明るさ領域に分割して分割画像を生成し、画像記憶部２８に記憶させる（ステップＳ３）。

続いて、制御部１６は、前処理部２０の分割領域明るさ調整部３０により、画像記憶部２８に記憶されている分割画像を１つ取り出させて（ステップＳ４）、分割画像内の明るさ領域を煙が検知可能な明るさに調整して前処理画像を生成する（ステップＳ５）。尚、分割領域明るさ調整部３０による明るさ領域の明るさ調整についても、監視画像全体の明るさ調整と同様に監視カメラ１０の撮像条件を調整しても良い。例えば、所定の分割画像の明るさ領域において、多くの画素値が飽和している場合には、当該明るさ領域の明るさが調整されるように監視カメラ１０の撮像条件を調整して監視画像を再取得し、同じ明るさ領域を含む分割画像を再生成して当該明るさ領域の分割画像の更新を行い、所定の条件として、例えば更新された分割画像の明るさ領域内の飽和している画素数が所定値を下回っていれば明るさ領域の明るさ調整を完了するものがある。

続いて、制御部１６は、前処理画像の明るさ領域を対象に、煙検知処理部２２により煙検知処理を行わせて、当該前処理画像での処理結果を保持させる（ステップＳ６）。

続いて、制御部１６は、全ての分割画像について処理が完了していない場合には（ステップＳ７のＮｏ）、未処理の分割画像についても同様の処理を行い（ステップＳ４～Ｓ６）、全ての分割画像について処理が完了した場合には（ステップＳ７のＹｅｓ）、煙検知処理部２２に煙検知処理の処理結果を出力させ（ステップＳ８）、再びステップＳ１の監視カメラ１０からの監視画像を取得する処理に戻り、以下これを繰り返す。

［ｄ．第２実施形態の煙検知装置］
続いて、第２実施形態として、第２前処理を行う煙検知装置について説明する。当該説明にあっては、第２実施形態の煙検知装置を示した図１２、及び監視カメラのプリセットゲインの切替設定をリスト形式で示した図１３を参照する。

図１２に示すように、本実施形態の煙検知装置１２は、図１の第１実施形態と同様に、ハードウェアとしてＣＰＵ、メモリ、各種の入出力ポート等を備えたコンピュータ回路等で構成され、ＣＰＵによるプログラムの実行により実現される機能として、制御部１６、ＲＧＢ／グレースケール変換部１８、前処理部２０及び煙検知処理部２２が設けられている。

ＲＧＢ／グレースケール変換部１８及び煙検知処理部２２は、図１の第１実施形態と同様であることから、その説明は省略する。

（ｄ１．ゲイン切替部とプリセットゲイン切替制御部）
第２実施形態で使用する監視カメラ１０は、煙検知装置１２の制御部１６に設けられたプリセットゲイン切替制御部１６１０により制御されるゲイン切替部１０１０を備える。

ゲイン切替部１０１０は、撮像レンズ系の開口絞り（アイリス）の開度、増幅器のゲイン、シャッタースピードに相当する撮像素子の蓄積時間（露光時間）等の調整により、撮像する画像の明るさを調整するプリセットゲインを所定の複数段階で切替可能としている。また、ゲイン切替部１０１０で切替可能なプリセットゲインの切替段数は任意であるが、例えば本実施形態では図１３に示す４段階のレンジで切替可能としている。

本実施形態において、プリセットゲインは、各レンジの「レンジ名」を「発光体レンジ」、「高散乱レンジ」、「中散乱レンジ」、「低散乱レンジ」の４段階とし、各レンジに対応したプリセットゲインを示す「明るさ調整段階」は、発光体レンジで「－１５ｄＢ」、高散乱レンジで「－５ｄＢ」、中散乱レンジで「＋５ｄＢ」、低散乱レンジで「＋１５ｄＢ」とし、レンジ間のゲイン幅は１０ｄＢとしている。

また、各レンジでの「明るさの目安」は、発光体レンジで「１０，０００ｌｘ～」、高散乱レンジで「１，０００～１０，０００ｌｘ」、中散乱レンジで「１００～１，０００ｌｘ」、低散乱レンジで「１０～１００ｌｘ」となる。更に、備考欄に示すように、高散乱レンジの明るさの目安となる１，０００～１０，０００ｌｘは白い壁に太陽光等が当たっている部位の明るさが該当し、低散乱レンジの明るさの目安となる１０～１００ｌｘは暗所となる部位の明るさが該当する。また、中散乱レンジの明るさの目安となる１００～１，０００ｌｘは高散乱レンジと低散乱レンジの間、例えば図３に示したようなトンネル内に設置された照明の光が当たっている部位等の明るさが該当し、発光体レンジの明るさの目安となる「１０，０００ｌｘ～」は太陽等の発光体そのものやその周辺部分が該当する。

ここで、プリセットゲイン（明るさ調整段階）は、煙検知装置１２の設置時に、設置場所の環境に合わせて調整して設定してもよく、工場出荷時にデフォルト値として設定しておいても良い。また、プリセットゲインの調整として、プリセットゲインを下げる場合には、開口絞りを狭くし、増幅器のゲインを下げ、露光時間を短く（シャッタースピードを速く）するように調整し、一方プリセットゲインを上げる場合には、開口絞りを広くし、増幅器のゲインを上げ、露光時間を長く（シャッタースピードを遅く）するように調整する。

また、図１３に示す各レンジをさらに明暗の２つのレンジに分割して８レンジとし、明部を低ゲイン、暗部を高ゲインに設定してもよい。この場合、８レンジに対応したプリセットゲインとして、例えば、－１５ｄＢ、－１０ｄＢ、－５ｄＢ、０ｄＢ、＋５ｄＢ、＋１０ｄＢ、＋１５ｄＢ、＋２０ｄＢを設定すればよい。

また、制御部１６のプリセットゲイン切替制御部１６１０は、図１３に示したように、監視カメラ１０を切替可能としているプリセットゲイン－１５ｄＢ、－５ｄＢ、＋５ｄＢ及び＋１５ｄＢの４段階で切り替えさせて、監視カメラ１０から各レンジのプリセットゲインで撮像されたカラーの動画となるＲＧＢフレーム画像の画像データを煙検知装置１２へ伝送させる。

（ｄ２．前処理部）
次に、本実施形態の前処理部２０について説明する。図１２に示す本実施形態の前処理部２０は、所定の調整幅（１０ｄＢのゲイン幅）で段階的に撮像部の明るさ設定（プリセットゲイン）を増減させることで、監視画像を複数の異なる明るさに調整する第２前処理を行うものである。

このため、煙検知装置１２は、制御部１６にプリセットゲイン切替制御部１６１０が設けられ、また、前処理部２０に画像領域抽出部７２、抽出領域明るさ調整部７４及び画像記憶部７６が設けられている。

画像領域抽出部７２は、各プリセットゲインで撮像された監視カメラ１０からのＲＧＢフレーム画像を、ＲＧＢ／グレースケール変換部１８で変換したグレースケールのフレーム画像として変換した監視画像を受信する。

そして、画像領域抽出部７２は各プリセットゲインに対応した監視画像ごとに、画像内の所定の明るさ範囲にある領域、例えば画素値が１５～１６０の範囲に入る画素の領域を抽出して明るさ領域抽画像を生成して抽出領域明るさ調整部７４に出力する。尚、明るさ領域抽出画像の画像内に発生する境界の乱れや穴領域については、公知のモルフォロジー処理などで、境界の結合や穴埋めを行ってノイズとしての画像成分を低減除去してもよい。

また、図１３に示すプリセットゲインのゲイン幅は１０ｄＢ（＝１０倍）であり、明るさ領域抽出画像の画素値範囲の最小画素値と最大画素値の比は１６０／１５＝１０．６７倍（画素値幅）であり、
｛プリセットゲインのゲイン幅１０ｄＢ（＝１０倍）｝＜｛画素値範囲の最大画素値と最小画素値の比（画素値幅）１６０／１５（＝１０．６７倍）｝
となるように設定されることで、監視画像の全ての画素について、何れのプリセットゲインに対応した監視画像で抽出されることとなる。

具体的には、本実施形態において、プリセットゲインが「＋１５ｄＢ（≒３１．６倍）」である低散乱レンジにおける画素値１５～１６０の画素は、プリセットゲインが「０ｄＢ（明るさ調整がされていない）」の場合の画素値１～５に相当する画素に相当する。また、プリセットゲインが「＋５ｄＢ（≒３．１６倍）」である中散乱レンジにおける画素値１５～１６０の画素は、プリセットゲインが「０ｄＢ」の場合の画素値５～５０に相当する画素に相当し、プリセットゲインが「－５ｄＢ（≒０．３１６倍）」である高散乱レンジにおける画素値１５～１６０の画素は、プリセットゲインが「０ｄＢ」の場合の画素値４８～２５５に相当する画素に相当し、プリセットゲインが「－１５ｄＢ（≒０．０３１６倍）」である発光体レンジにおける画素値１５～１６０の画素は、プリセットゲインが「０ｄＢ」の場合の画素値２５５に相当する画素に相当する。つまり、各プリセットゲインに対応した監視画像で画素値が１５～１６０の範囲に入る画素の領域を抽出することで、監視画像の全ての画素について、何れのプリセットゲインに対応した監視画像で抽出されることとなる。

このため、発光体レンジとなるプリセットゲイン－１５ｄＢに監視カメラ１０を切替えて撮像され、画像領域抽出部７２で受信した監視画像は、画像内の極めて明るい発光体やその周辺部分の領域が主に認識される暗い画像となり、画像領域抽出部７２は、画素値範囲（１５～１６０）内の明るい発光体やその周辺部分の領域の画素を抽出した発光体の明るさ領域抽出画像を生成する。

また、高散乱レンジとなるプリセットゲイン－５ｄＢに監視カメラ１０を切替えて撮像された監視画像は、白い壁に太陽光等が当たっている部分等の領域、例えば図３に示すトンネル監視画像４２にあっては、トンネル入口４８側の外光が当たっている領域が主に認識される画像となり、画像領域抽出部７２は、画素値範囲（１５～１６０）内のトンネル入口４８側の外光が当たっている領域の画素を抽出した高散乱の明るさ領域抽出画像を生成する。尚、図３に示すトンネル監視画像４２から生成される高散乱の明るさ領域抽出画像は、図９の高散乱領域６６を含んだ第３分割画像６８に相当するものである。

また、中散乱レンジとなるプリセットゲイン＋５ｄＢに監視カメラ１０を切替えて撮像された監視画像は、例えば図３に示すトンネル監視画像４２にあっては、天井側に設置している照明や照明５０の影響を受けて明るい領域が主に認識される画像となり、画像領域抽出部７２は、画素値範囲（１５～１６０）内の天井側に設置している照明や照明５０の影響を受けて明るい領域の画素を抽出した中散乱の明るさ領域抽出画像を生成する。尚、図３に示すトンネル監視画像４２から生成される中散乱の明るさ領域抽出画像は、図１０の中散乱領域６４を含んだ第４分割画像７０に相当するものである。

更に、低散乱レンジとなるプリセットゲイン＋１５ｄＢに監視カメラ１０を切替えて撮像された監視画像は、暗所となる部分等の領域、例えば図３に示すトンネル監視画像４２にあっては、外光や照明を受けない暗い領域が主に認識される明るい画像となり、外光や照明を受けない暗い領域の画素を抽出した低散乱の明るさ領域抽出画像を生成する。尚、図３に示すトンネル監視画像４２から生成される低散乱の明るさ領域抽出画像は、図５の低散乱領域５６を含んだ第１分割画像５４に相当するものである。

抽出領域明るさ調整部７４は、画像領域抽出部７２で各プリセットゲインに対応した監視画像から所定の画素値範囲（１５～１６０）の画素を抽出した明るさ領域抽出画像の各々について、抽出した領域の明るさを、煙検知可能な明るさに調整する処理を行い、処理後の明るさ領域抽出画像を前処理画像として画像記憶部７６に記憶する。

抽出領域明るさ調整部７４による明るさ調整方法は任意であるが、例えば、まず抽出した領域の全画素の平均画素値Ｐａ３を求め、続いて平均画素値Ｐａ３が煙を検知可能とする所定の基準平均画素値Ｐｒ３となるように補正係数（Ｐｒ３／Ｐａ３）を求め、最後に各画素の画素値に補正係数を乗じて調整する。また、抽出領域明るさ調整部７４による明るさ調整は、監視カメラ１０の撮像条件を調整しても良く、例えば取得した監視画像に対応したプリセットゲインに対して補正係数分だけ補正をして監視カメラ１０に撮像させて監視画像を再取得するようにしても良い。

（ｄ３．第２実施形態の煙検知の処理動作）
次に、図１２の煙検知装置による煙検知の処理動作について説明する。当該説明にあっては、図１２の煙検知装置の処理動作を示したフローチャートとなる図１４を参照する。尚、煙検知装置１２の処理動作は制御部１６による処理動作となる。

図１４に示すように、制御部１６は、監視カメラ１０のゲイン切替部１０１０により調整する所定の複数段階で切替可能なプリセットゲインを準備設定する（ステップＳ１１）。

続いて、制御部１６は、監視カメラ１０のゲイン切替部１０１０により、監視カメラ１０を何れのレンジのプリセットゲインに設定させて撮像されたＲＧＢレーム画像をＲＧＢ／グレースケール変換部１８でグレースケールのフレーム画像に変換して監視画像を取得する（ステップＳ１２）。

続いて、制御部１６は、前処理部２０の画像領域抽出部７２により、所定の画素値範囲（所定の明るさ範囲）の画素を抽出して明るさ領域抽出画像を生成する（ステップＳ１３）。

続いて、制御部１６は、前処理部２０の抽出領域明るさ調整部７４により、明るさ領域抽出画像の抽出した領域の明るさを煙検知可能とする明るさに調整して前処理画像を生成して画像記憶部７６に記憶させる。（ステップＳ１４）。

続いて、制御部１６は、煙検知処理部２２により、画像記憶部７６から読み出した前処理画像の抽出した領域を対象に煙検知処理を行わせて、当該前処理画像での処理結果を保持させる（ステップＳ１５）。

続いて、制御部１６は、全てのプリセットゲインに対応した監視画像を処理していない場合には（ステップＳ１６のＮｏ）、未処理のプリセットゲインに対応した監視画像についても、同様に処理を行い（ステップＳ１２～Ｓ１５）、全てのプリセットゲインに対応した監視画像を処理した場合には（ステップＳ１６のＹｅｓ）、煙検知処理部２２に煙検知処理の処理結果を出力させ（ステップＳ１７）、再び監視カメラ１０を最初のプリセットゲインに切替えて監視画像を取得する処理に戻り、以下これを繰り返す。

［ｅ．本発明の変形例］
本発明による煙検知装置及び煙検知方法の変形例について説明する。本発明の煙検知装置及び煙検知方法本は、上記の実施形態以外に、以下の変形を含むものである。

（監視カメラ）
上記の実施形態は、監視カメラとしてカラー動画を撮像するカラービデオカメラを例にとっているが、グレースケール画像を撮像するＩＴＶカメラなどを使用してもよい。この場合には、煙検知装置１２に設けたＲＧＢ／グレースケール変換部１８が不要となる。また、監視カメラとして、赤外線カメラを使用しても良く、赤外線カメラを使用した場合にも上記の実施形態と同様に煙の検知が可能である。

（明るさ調整）
図１の第１実施形態の煙検知装置１２に設けた前処理部２０の分割領域明るさ調整部３０では、画像記憶部２８から読み出した画像領域分割画像に対し１回の明るさ調整を行って煙検知処理部２２に出力しているが、これに限定されず、１つの明るさ領域分割画像について、明るさを所定割合低下させる明るさ調整と、明るさ所定割合増加させる明るさ調整を行うことで、煙を検知する度合を高める可能性のある少なくとも２種の明るさ調整を行って煙検知処理部２２に出力するようにしてもよい。この点は、図１２の第２実施形態の煙検知装置１２に設けた前処理部２０の抽出領域明るさ調整部７４についても同様である。

（プリセットゲイン）
また、上記の煙検知装置の第２実施形態にあっては、監視カメラ１０の明るさ調整としてプリセットゲインの切替えを例にとっているが、国際標準化機構ＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）によって定められたＩＯＳ値の切替えとしてもよい。例えば、ＩＳＯ値は、低感度～高感度の範囲で例えば、１００，２００，４００，８００，１６００，３２００，６４００と２倍ずつ変化する値となる。

（監視画像の領域分割）
上記の実施形態においては、画像内の画素値に応じて領域を分割したが、カメラの設置時に、監視領域中の領域（分割する際の境界）を予め設定し、運用中にはその領域ごとに映像の明るさを調整して煙検知処理を行うようにしても良い。これにより、監視領域中の窓の配置、壁や床の色、照明の配置や明るさなどの特徴に合わせて予め分割することで、設置現場の特性・光環境に応じて、より的確に領域ごとの明るさを調整し、より精度の高い煙検知を行うことに繋がる。

（画像異常の判定）
上記の実施形態においては、画像内の画素値に応じて明るさを調整するが、明るさ調整を所定回数以上実行しても明るさ調整を完了とする所定の条件を充足せずに明るすぎる又は暗すぎると判定される場合に煙検知装置は異常と判定するようにしても良い。また、１回の判定結果だけではなく、明るすぎる又は暗すぎると判定された回数が所定回数を超えた場合に異常と判定するようにしても良い。このような場合、撮像手段である監視カメラの故障や太陽光等の強い光が撮像手段に入射している、監視領域が暗すぎる、検知対象の煙である白煙や黒煙等が撮像手段の直近にある等の原因が想定されるが、異常と判定して通知を行うことで、当該画像を監視員に確認等をさせて必要に応じて原因を取り除くための対処を行わせることを可能にする。

（煙以外の監視対象）
上記の実施形態においては、煙の検知について記載したが、煙以外の監視対象に適用しても良い。例えば防犯カメラ等で撮像された画像の一部が暗い場合には、その画像に映っている場所にいる人物について検知しづらくなる等の煙の検知の場合と同様の問題が起こる可能性が考えられるが、このような場合においても、画像内に存在する明るさが異なる明るさ領域に合わせて明るさを個別に調整することで煙検知の場合と同様の効果を奏することができる。例えば、特段に暗くなく人物の検知が可能な領域については明るくしないようにしつつも、照明等が強くまぶしい場所に対応する画像中の一部の領域については暗くするように調整することができる。

（その他）
また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１０：監視カメラ
１０１０：ゲイン切替部
１２：煙検知装置
１６：制御部
１６１０：プリセットゲイン切替制御部
１８：ＲＧＢ／グレースケール変換部
２０：前処理部
２２：煙検知処理部
２４：画像全体明るさ調整部
２６：画像領域分割部
２８，７６：画像記憶部
３０：分割領域明るさ調整部
３２：監視画像
３２１０：明るさ調整画像
３４：火源
３６：煙
３８：黒背景
４０：白背景
４２：トンネル監視画像
４４：道路
４６：壁面
４８：トンネル入口
５０：照明
５２：係員
５４：第１分割画像
５６：低散乱領域
６０：画素無効領域
６２：第２分割画像
６４：中散乱領域
６６：高散乱領域
６８：第３分割画像
７０：第４分割画像
７２：画像領域抽出部
７４：抽出領域明るさ調整部

特開２０２２－０５７２２６号公報

Claims (16)

1. 撮像部で撮像された監視領域の監視画像の明るさ分布が調整された画像毎に異なる分布となるように、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整する前処理部と、
   前記前処理部で複数の明るさに調整された２以上の所定数の監視画像に対して煙の検知処理を行う煙検知処理部と、
   を備えたことを特徴とする煙検知装置。
   
2. 請求項１記載の煙検知装置において、
   前記前処理部は、前記撮像部で撮像された監視領域の監視画像を、所定の異なる明るさの範囲を持つ複数の明るさ領域に分け、前記明るさ領域の各々に対応して明るさを調整することで、前記監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整し、
   前記煙検知処理部は、明るさが調整された前記明るさ領域の各々に対して前記煙の検知処理を行うことを特徴とする煙検知装置。
   
3. 請求項２記載の煙検知装置において、
   前記前処理部は、前記明るさ領域に分割する前に前記監視画像全体の明るさを調整し、当該調整後の前記監視画像の画素値に基づき、前記監視画像を複数の明るさ領域に分割することを特徴とする煙検知装置。
   
4. 請求項１記載の煙検知装置において、
   前記前処理部は、所定の調整幅で段階的に前記撮像部の明るさ設定を増減させて前記撮像部に撮像させることで、前記監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整することを特徴とする煙検知装置。
   
5. 請求項４記載の煙検知装置において、
   前記前処理部は、更に、明るさが調整された前記監視画像の各々で所定の画素値範囲の画素値を持つ領域を抽出し、
   前記煙検知処理部は、明るさが調整された前記監視画像の各々の当該抽出された領域に対して前記煙の検知処理を行うことを特徴とする煙検知装置。
   
6. 請求項５記載の煙検知装置において、
   前記前処理部は、所定のゲイン幅で段階的に前記撮像部のプリセットゲインを増減させることで明るさを調整し、
   前記所定の画素値範囲の画素値幅は、前記ゲイン幅を超える幅としたことを特徴とする煙検知装置。
   
7. 請求項４記載の煙検知装置において、
   前記前処理部は、所定の画素値範囲の画素値を持つ領域を抽出した後に、更に抽出された当該領域に対応して明るさを再調整することを特徴とする煙検知装置。
   
8. 請求項１乃至７何れかに記載の煙検知装置と、前記撮像部と、を備えたことを特徴とする異常監視システム。
   
9. 前処理部により、撮像部で撮像された前記監視領域の監視画像の明るさ分布が調整された画像毎に異なる分布となるように、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整し、
   煙検知処理部により、前記前処理部で複数の明るさに調整された２以上の所定数の監視画像に対して煙の検知処理を行うことを特徴とする煙検知方法。
   
10. 請求項９記載の煙検知方法において、
    前記前処理部は、前記撮像部で撮像された監視領域の監視画像を、所定の異なる明るさの範囲を持つ複数の明るさ領域に分け、前記明るさ領域の各々に対応して明るさを調整することで、前記監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整し、
    前記煙検知処理部は、明るさが調整された前記明るさ領域の各々に対して前記煙の検知処理を行うことを特徴とする煙検知方法。
    
11. 請求項１０記載の煙検知方法において、
    前記前処理部は、前記明るさ領域に分割する前に前記監視画像全体の明るさを調整し、当該調整後の前記監視画像の画素値に基づき、前記監視画像を複数の明るさ領域に分割することを特徴とする煙検知方法。
    
12. 請求項９記載の煙検知方法において、
    前記前処理部による明るさ調整は、所定の調整幅で段階的に前記撮像部の明るさ設定を増減させて前記撮像部に撮像させることで、前記監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整することを特徴とする煙検知方法。
    
13. 請求項１２記載の煙検知方法において、
    前記前処理部は、更に、明るさが調整された前記監視画像の各々で所定の画素値範囲の画素値を持つ領域を抽出し、
    前記煙検知処理部は、明るさが調整された前記監視画像の各々の当該抽出された領域に対して前記煙の検知処理を行うことを特徴とする煙検知方法。
    
14. 請求項１３記載の煙検知方法において、
    前記前処理部は、所定のゲイン幅で段階的に前記撮像部のプリセットゲインを増減させることで明るさを調整し、
    前記所定の画素値範囲の画素値幅は、前記ゲイン幅を超える幅としたことを特徴とする煙検知方法。
    
15. 請求項１２記載の煙検知方法において、
    前記前処理部は、所定の画素値範囲の画素値を持つ領域を抽出した後に、更に抽出された当該領域に対応して明るさを再調整することを特徴とする煙検知方法。
    
16. 撮像部と、
    前記撮像部で撮像された監視領域の監視画像の明るさ分布が調整された画像毎に異なる分布となるように、監視画像の明るさを複数の異なる明るさに調整する前処理部と、
    前記前処理部で複数の明るさに調整された２以上の所定数の監視画像に対して監視対象の検知処理を行う監視対象検知処理部と、
    を備えたことを特徴とする異常監視システム。

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