JP2763169B2 - プラントの異常検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は監視場所をITVカメラにより撮像し、例えば
ボイラからの蒸気漏れ、発火、危険域への人の侵入等の
異常を映像信号に基いて検知するプラント異常検知装置
に関する。

（従来の技術） 一般に発電所、化学工場等の大型プラントにおいて
は、運転用操作機および監視用各種計器、遠隔操作、遠
方監視、中央制御により運転が行なわれている。また、
プラントの各種機器の監視のために、現場に監視員が常
駐することはなく、定期的に監視員がプラント機器を巡
回パトロールする方法が採られている。

一方、巡回パトロールの代替として或いはパトロール
と併用という形で、プラントの各所にテレビカメラを設
置し、中央操作室でテレビカメラからの映像信号をモニ
タテレビに入力し、監視員がモニタテレビの映像からプ
ラントの異常検知を行なう方法も採られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前者の方法ではパトロールの巡回周期
を長くすると、プラントに異常が発生しても、この異常
の発見が遅れる可能性が高くなり、逆に巡回周期を短く
すると監視員の負担が増大したり、人員を多くしなけれ
ばならないという問題があった。

また、後者のモニタテレビによる監視方法では監視員
は常にモニタテレビを注視しなければならず、この場合
も監視員の負担が大きくなるという問題があった。

そこで、最近ではITVカメラから入力される映像信号
を画像処理して自動的に異常検知する装置が考えられて
いるが、この異常検知装置は検知しようとする異常対象
の発生場所を明確に特定できず、また異常発生状態の形
状が定まらない等の理由により必ずしも異常を検知でき
るものとは言えなかった。

本発明は、監視員の負担を軽減することができると共
に、プラントの異常を早期に且つ確実に検知することが
できるプラントの異常検知装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するため、プラントの検知
対象設備あるいは予定の区域毎に設置されたITVカメラ
と、このITVカメラの視野を変更するためのズーム、フ
ォーカス、首振り機構を備えた駆動ロボットと、前記IT
Vカメラからの画像信号を取込む画像入力部と、この画
像入力部に取込まれた画像信号を処理してITVカメラの
視野内で異常が発生している可能性を表す異常確信度を
求める画像処理部と、この画像処理部で求められた異常
確信度を取込み正常または異常かを判定し、また判定不
能な場合には再検知指令を出力する異常判定部と、この
異常判定部より出力される再検知指令を取込み前記ITV
カメラの視野を異常らしい方向に向けるためのズーム・
カメラ角度等の視野変更パラメータを計算する再検知判
定部と、前記ITVカメラの視野を検知対象毎に順次切替
え、また前記再検知判定部から視野変更パラメータを受
けると前記駆動ロボットにITVカメラの角度およびズー
ム変更動作を指令するスケジュール管理部と、前記異常
判定部より出力される判定処理結果を操作員に告知する
表示装置とを備えたものである。

（作用） このような構成のプラントの異常検知装置にあって
は、ITVカメラで撮像された監視対象の映像信号が画像
処理部に取込まれると異常が発生している可能性を表す
異常確信度が求められ、この異常確信度をもとに異常判
定部で異常の有無が判定されるとその結果を表示装置に
表示し、また判定不能な場合には再検知指令が再検知判
定部に入力され、ITVカメラの視野を異常らしい方向に
向けるためのズーム・カメラ角度等の視野変更パラメー
タを求めてITVカメラの視野を変更するためのズーム、
フォーカス、首振り機構を備えた駆動ロボットに角度お
よびズーム変更動作を指令して再度異常の有無を判定す
るようにしたので、プラントの異常を早期に、しかも確
実に検知することが可能となる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明によるプラントの異常検知装置のブロ
ック構成例を示すものである。第１図に示すプラントの
異常検知装置は、プラントの各種機器の状態を撮影する
ITVカメラ１と、このITVカメラ１からの映像信号を受信
して異常判定する画像処理計算機２と、その判定結果を
表示する表示装置３およびITVカメラ１の角度、ズーム
等を変更するための駆動ロボット４とから構成されてい
る。この場合、ITVカメラ１はプラントの検知対象設備
あるいは予定の区域毎に設置されており、また駆動ロボ
ット４はITVカメラの視野を変更するためのズーム、フ
ォーカス、首振り機構を備えている。

画像処理計算機２は、ITVカメラ１からの映像信号を
周期的に取込む画像入力部21、この画像入力部21に取込
まれた映像信号を画像処理して異常発生の度合いを示す
異常確信度を計算する画像処理部22、この画像処理部22
で求められた異常確信度の値に従って異常が発生してい
るか否かを判定処理し、この判定結果を表示装置３に出
力し、また判定不能な場合には再検知指令を出力する異
常判定部23、この異常判定部23から再検知指令が入力さ
れると画像処理部22から画像の明度差分の値を取込んで
カメラの角度、ズームアップ等のカメラ視野を変更する
ための視野変更パラメータを計算する再検知判定部24お
よびITVカメラ１の視野を検知対象毎に順次切替える機
能を有し、画像処理部22に処理開始指令を与えてITVカ
メラ１で監視する視野が予め定められた複数の監視視野
に対し順次検知処理が進んでいることを管理し、且つ異
常判定部23から判定終了指令を受けると一連のスケジュ
ール管理を終了し、また再検知指令を受けると再検知判
定部24で求められた視野変更パラメータに基いて駆動ロ
ボット４に視野変更駆動指令を与えるスケジュール管理
部24から構成されている。

次にこのように構成されたプラントの異常検知装置の
作用を述べる。

いま、画像入力部21に周期的に取込まれたITVカメラ
１からの映像信号が画像処理部22に入力されると共にス
ケジュール管理部25より処理開始指令を受けると、この
画像処理部22では第２図に示すフローに従った処理が実
行される。即ち第２図において、画像処理が開始される
と同一カメラの視野におけるΔＴ秒の時間間隔のある例
えば縦、横それぞれ512画素からなる入力画像Ａをステ
ップ51により、入力画像Ｂをステップ52によりそれぞれ
取込み、これら二つの画像の間に差異があるかどうかが
ステップ53でチェックされる。このステップ53では二つ
の入力画像ＡとＢに対して画素毎の明度値の差が計算さ
れる。ここで、各画素毎に考えた場合、明度値の差が大
きい場合は異常発生によることが多く、また明度値の差
が小さい場合にはITVカメラ１から画像処理計算機２に
映像信号が送られてくる途中で重畳されるノイズ等によ
る影響であることが多い。そこで、ステップ54では明度
差分の値を各画素毎に例えば第３図に示すような関数で
変換し、差分変換値を得る。第３図に示す関数は、明度
差分値＜Ａなる画素に対してはノイズ等の影響があると
して、差分変換値＝明度差分値×ａ（但し、ａ＜１）と
する。また、明度差分値≧Ｂなる画素の場合には本当に
異常発生によることが多いので、差分変換値＝明度差分
値×（１＋ｂ）−Ｂ×ｂ（但し、ｂ＞１）とする。その
他の明度差分の値の画素については差分変換値＝明度差
分値とする。このようにステップ54で差分値変換処理さ
れた各画素毎の差分値の総和がステップ55により求めら
れ、画像全体の明度差分総和が算出される。この差分総
和の値は元の入力画像間に差異があった程度を表してお
り、異常発生の確かさと結びつくことから、ステップ56
ではその確率として第４図に示すように０〜100％で表
現される関数に変換して異常確信度を得る。

第５図はこのような第２図に示す処理の流れに対応さ
せて画像を縦、横、明度値による三次元で表示したもの
である。第５図からも分かるように、ステップ53での明
度差分処理では入力画像A,B間で異なる部分が凹凸にな
り、さらにステップ54による差分値変換処理を経て高い
部分はより高く、低い部分はより低くなる。ステップ55
では明度差分総和の算出によりこの凹凸図形の体積を求
め、さらにステップ56で異常確信度を算出することで０
〜100％で表される異常確信度を得ている。

次に画像処理部22から得られた異常確信度が異常判定
部23に取込まれると、この異常判定部23ではその値によ
り正常、異常、再検知、不明の何れかの判定を第６図に
示すフローに従った処理により実行する。即ち、第６図
に示すように、まずステップ61により異常確信度が例え
ば70％以上であるかどうかを判定し、70％以上の大きな
異常確信度である場合は異常として処理し、その旨を表
示装置３に表示する。また、ステップ61で異常確信度が
70％以上でないと判定されるとステップ62に進み、ここ
で異常確信度が30％以下であるかどうかを判定し、異常
確信度が30％以下の場合は正常として処理し、その旨を
表示装置３に表示する。さらに、ステップ62で異常確信
度が30％を越えていると判定されるとステップ63を通し
てステップ64により再検知指令を出力する。そして、ス
テップ63では同一監視対象で連続して５回以上再検知を
行っても全て異常確信度が70％以下で、30％を越えて決
着が着かない場合には不明として処理し、その旨を表示
装置３に表示する。

ここで、異常判定部23より再検知指令が出されると再
検知判定部24では異常か正常かを見極めるのにより適切
なカメラ視野を得るため、画像処理部22から明度差分値
を取込んでITVカメラ１の角度、ズームの変更量を第７
図に示すフローに従った処理により求める。即ち、第７
図に示すように、まずステップ71により第２図のステッ
プ53で得られた画素毎の明度差分値を取込んでステップ
72に進み、ここで明度差分値の最大点Ｍの画像内でのx,
y座標を例えば第８図に示すように画像の中心を原点０
とするＸ−Ｙ座標系において求める。但し、画像サイズ
がここでは縦、横を512画素としているので、−256≦x,
y≦256である。このステップ72で明度差分の最大値Ｍの
x,y座標を算出しているのは、明度差分値の大きい箇所
は異常発生の可能性が高いので、再検知時にこの箇所に
カメラ視野の中央がくるようにITVカメラ１の角度変更
を行うためである。

次にステップ72により明度差分の最大値Ｍのx,y座標
が求められると、ステップ73ではこの座標をもとにITV
カメラ１の首振り角度、ズーム量を計算する。この場
合、一般にズーム量により現在のカメラ視野にある物体
がITVカメラ１からどの程度離れているを第９図に示す
関数により決定する。即ち、第９図はズーム量が小さい
状態で写っている物体とITVカメラ１とは距離が離れて
いるという性質を示す特性曲線図である。また、第10図
は第９図でズーム量で定めた撮影物体までの距離Ｄだけ
離れて撮影された画像面とITVカメラ１の位置関係を示
すしている。この図から分かるように、明度差分値の最
大点Ｍの画像面上での位置座標x,yと距離Ｄが分かれ
ば、明度差分値の最大点Ｍを画像の中心にするためのIT
Vカメラ１の変更角度は、鉛直に対して、ψ＝tan x/yの
方向に、 だけ回転すればよいことが分かる。

また、再検知時のズーム量は前回ズーム量より大き
い、例えば10％アップするものとする。

このようにして再検知判定部24により首振り角度、ズ
ームの変更量が求められると、これを視野変更パラメー
タとしてスケジュール管理部25に入力する。このスケジ
ュール管理部25は第11図に示すようなITVカメラ１に対
して予め定めた複数の異常検知画面のカメラ視野設定用
首振り角、ズーム量の監視画面情報を持ち、駆動ロボッ
ト４へ視野変更指令、画像処理部22へ処理開始指令を出
し、順次異常検知画面に対して異常検知処理を進めて行
く。

第12図はこのスケジュール管理部25における処理の流
れを示すものである。即ち、第12図に示すように、まず
ステップ81では第11図の監視画像情報を参照して駆動ロ
ボット４に視野変更指令を出し、ステップ82によりその
動作を駆動ロボット４が終了するまで待機する。次にス
テップ83により画像処理部22に処理開始指令が出される
と、ステップ84により異状判定部23から判定終了または
再検知の信号が入力するまで待機状態に入る。そして、
ステップ84で待機しているとき、異状判定部23より判定
終了信号または再検知信号が入力されるとステップ85で
はその判定を行なうが、この場合「判定終了」がくる
か、「再検知」がくるかによって処理の流れが変わる。
即ち、異常判定部23から判定終了信号がくれば、次の監
視画面の処理に入り再検知信号がくれば、ステップ86に
より再検知判定部24から視野変更パラメータがくるまで
待機する。このステップ86により待機状態にあるとき、
再検知判定部24から視野変更パラメータを受けると、ス
テップ87では駆動ロボット４にその視野変更指令を与
え、その監視画面に対して変更分だけカメラ視野を変え
て前述同様の再検知が行なわれる。

このように本実施例では、ITVカメラ１により撮像さ
れた異常検知対象の映像信号を画像入力部21により取込
み、その画像信号を画像処理部22に入力して異常である
度合いを数値化した異常確信度を求め、この異常確信度
を異常判定部23に与えてその値が例えば70％以上であれ
ば異常と判定し、また30％以下であれば正常と判定し、
さらに30％から70％の間にあるときはその処理における
異常判定をあきらめて再検知指令を再検知判定部24に与
え、この再検知判定部24でITVカメラ１の視野を変更す
るための首振り角、ズーム量を求め、これを視野変更パ
ラメータとしてスケジュール管理部25より駆動ロボット
４に視野変更指令を与えてカメラ視野を変えた状態で、
再度異常判定を行なうようにしたものである。従って、
従来のようにITVカメラから得られる画像信号を１回の
処理で判定したり、あるいは同じカメラ視野で複数回判
定処理を行なう多数決方式等による異常判定装置に比べ
て誤判定の可能性が低くなり、より確実な異常判定を行
なうことができる。このことにより、プラントの事故を
早期に発見して運転員に知らせることができるので、運
転員は判定結果に信頼を持ち、その対応運転操作に移行
することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、プラントの監視対
象をITVカメラで撮像しその映像信号を画像処理して異
常確信度を求め、この異常確信度の値を異常判定部によ
り正常、異常の何れであるかを判定し、判定不能な場合
にはカメラ視野を変更して再検知処理を行なうようにし
たので、監視員の負担を軽減することができると共に、
プラントの異常を早期に、しかも確実に検知することが
できるプラントの異常検知装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプラントの異常検知装置の一実施
例を示すブロック構成図、第２図は同実施例における画
像処理部の処理の流れを示す図、第３図は第２図の差分
値変換処理における変換関数を示す図、第４図は第２図
の異常確信度の算出時に差分総和を異常確信度に変換す
る関数を示す図、第５図は第２図の画像処理部での処理
により画像の各明度値が変化する様子を示す図、第６図
は同実施例における異常判定部の処理の流れを示す図、
第７図は同じく再検知判定部の処理の流れを示す図、第
８図は第７図の明度差最大点Ｍのx,y座標算出処理で明
度差最大点を画像上で示す図、第９図は第７図の首振り
角度、ズーム量計算処理においてズーム量とカメラ視野
半径の関係を示す図、第10図はITVカメラ位置と撮影さ
れた画像との位置関係を示す図、第11図は同実施例にお
けるスケジュール管理部に有する監視画面情報を示す
図、第12図は同じくスケジュール管理部の処理の流れを
示す図である。 １……ITVカメラ、２……画像処理計算機、３……表示
装置、４……駆動ロボット、21……画像入力部、22……
画像処理部、23……異常判定部、24……再検知判定部、
25……スケジュール管理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茂在 哲雄 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会 社東芝本社事務所内 (56)参考文献 特開 平２−236787（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G08B 21/00 - 23/00 G08B 25/00 510 H04N 7/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラントの検知対象設備あるいは予定の区
   域毎に設置されたITVカメラと、このITVカメラの視野を
   変更するためのズーム、フォーカス、首振り機構を備え
   た駆動ロボットと、前記ITVカメラからの画像信号を取
   込む画像入力部と、この画像入力部に取込まれた画像信
   号を処理してITVカメラの視野内で異常が発生している
   可能性を表す異常確信度を求める画像処理部と、この画
   像処理部で求められた異常確信度を取込み正常または異
   常かを判定し、また判定不能な場合には再検知指令を出
   力する異常判定部と、この異常判定部より出力される再
   検知指令を取込み前記ITVカメラの視野を異常らしい方
   向に向けるためのズーム・カメラ角度等の視野変更パラ
   メータを計算する再検知判定部と、前記ITVカメラの視
   野を検知対象毎に順次切替え、前記再検知判定部から視
   野変更パラメータを受けると前記駆動ロボットにITVカ
   メラの角度およびズーム変更動作を指令するスケジュー
   ル管理部と、前記異常判定部より出力される判定処理結
   果を操作員に告知する表示装置とを備えたことを特徴と
   するプラントの異常監視装置。