JP2886718B2 - 火災判断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、監視区域の画像処理に
より火災を判断する火災判断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＴＶカメラ等で捕えた監視区域
の画像情報から火災を判断する装置にあっては、火災時
の炎による監視画像の輝度の増加から火災と判断するよ
うにしている。また特開昭６２−２１１５２１号にあっ
ては、ＣＣＤによる画像情報から炎の単位時間当りのエ
ネルギーと位置を求めるようにした装置が知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置にあっては、例えば監視区域となる部屋等
で電灯を点灯したり、暖房のために石油ストーブを着火
したような場合に火災と判断されてしまい、信頼性に欠
ける問題があった。本発明は、このような従来の問題点
に鑑みてなされたもので、警戒区域の画像情報から正確
に火災を判断できるようにした火災判断装置を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明にあっては、監視区域を撮像デバイスの撮像面に
結像する撮像光学系と、該撮像光学系による光学画像か
ら相異なる２つの所定波長成分をもつ画像情報を個別に
生成する２波長画像生成手段と、２波長画像生成手段で
生成された２つの画像情報の出力比に基づいて監視区域
に存在する１つ又は複数の対象物の温度を種別毎に演算
する演算手段と、前記監視区域に存在する対象物の着火
点等の情報を格納したテーブル手段と、前記演算手段で
算出された対象物の温度と前記テーブル手段の格納情報
とを比較して火災を判断する火災判断手段とを備える。

【０００５】

【作用】このような構成を備えた本発明の火災判断装置
にあっては、異なる実効中心波長λ１とλ２で完全放射
体となる物体を見た時の分光放射輝度Ｌ（λ１，Ｔ）及
びＬ（λ２，Ｔ）の比Ｒ（Ｔ）が対象物温度の関数とな
る点に着目し、監視対象物を相異なる所定２つの波長λ
１，λ２の各々で撮像した時の画像出力の比に基づいて
対象物の温度を算出すると共に、予め監視区域に存在す
る対象物の着火点等の情報を登録しておき、算出された
対象物の温度と予め格納された同一対象物の着火点情報
と比較して火災を判断する。

【０００６】このため電灯の点灯や石油ストーブの着火
等により被写体温度が従来は火災と判断されてしまうよ
うな場合にも、対象物の着火点と比較して火災の有無を
判断するため、電灯やストーブについては着火点以下に
あることから誤って火災と判断されてしまうことはな
く、際めて信頼性の高い火災判断を行なうことができ
る。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示した実施例構成
図である。図１において、１は撮像レンズであり、撮像
レンズ１を通った監視区域からの光像はビームスプリッ
タ２をそのまま通過し、ビームスプリッタ２の背後に設
けた波長λ１＝４５０nmを中心とした所定幅の色成分、
即ち青を中心とした波長成分を含む光を通過するＢフィ
ルタ３を通過して撮像デバイス４の受光面に監視区域の
光象を結像させる。

【０００８】また、撮像レンズ１からの光の一部はビー
ムスプリッタ２で直角方向に反射され、ミラー５で反射
した後、中心波長λ２＝６５０nmとなる赤色を中心とし
た所定波長幅の光を透過するＲフィルタ６を通過して撮
像デバイス７の受光面に監視区域の光像を結像させる。
撮像デバイス４，７としては受光素子を直線配列したラ
イン型ＣＣＤあるいは受光素子を２次元配列したＣＣＤ
が用いられ、所定の蓄積時間による電荷蓄積を行なった
後に信号電荷を読出す処理を繰り返している。撮像デバ
イス４，７からの映像信号はＡ／Ｄコンバータ８，９の
それぞれによりイメージデータに変換され、各イメージ
データ毎にイメージメモリ１０に格納される。

【０００９】その結果、イメージメモリ１０には所定の
周期毎にλ１＝４５０nmのＢフィルタ３を通過して得ら
れた青色を中心としたイメージデータと、λ２＝６５０
ｎｍを中心としたＲフィルタ６を通過して得られた赤色
を中心としたイメージデータの２つが格納され、そのイ
メージデータは所定周期毎に新たなイメージデータに更
新されるようになる。

【００１０】従って、撮像レンズ１、ビームスプリッタ
ー２、Ｂフィルタ３、ミラー５、Ｒフィルタ６によって
本発明の撮像光学系が構成され、また撮像デバイス４，
７、Ａ／Ｄコンバータ８，９及びイメージメモリ１０に
よって撮像光学系による光学像から相異なる２つの波長
成分λ１，λ２をもつ画像情報を個別に生成する２波長
画像生成手段が構成されることになる。

【００１１】イメージメモリ１０に続いてはプロセッサ
１２が設けられ、プロセッサ１２に対しては警戒区域に
存在する対象物の着火点データを種別毎に格納したテー
ブル手段としてのメモリテーブル１４が設けられてい
る。プロセッサ１２はイメージメモリ１０に格納された
波長λ１とλ２の２つの画像データの出力比に基づいて
警戒区域に存在する１つ又は複数の対象物の温度を、対
象物の種別毎に演算する演算手段としての機能を有し、
更に演算された対象物の温度とメモリテーブル１４に格
納された対象物の着火点データと比較して火災を判断す
る火災判断手段としての機能を有する。

【００１２】更にプロセッサ１２に続いては、警報表示
部１５が設けられ、プロセッサ１２により火災判断出力
が得られた時に、通常の火災警報設備と同様、火災警報
表示を行なうようになる。次に、図１のプロセッサ１２
で行なうイメージメモリ１０に格納された２つの波長λ
１，λ２の画像情報に基づく物体温度の検出原理を説明
する。

【００１３】まず、人間の目に感ずる光は０．３８μｍ
から０．７５μｍまでの波長の電磁波であり、波長が異
なると目に与える明るさの感じは異なる。光の強さは物
理的にはエネルギーの大小によって表わされるが、明る
さは人間の目が受ける刺激の度合で表わされる。この両
者はエネルギーを問題にする場合には放射、明るさを問
題にする場合には光と呼び、エネルギーの測定を放射測
定、光の測定を測光と読んで区別している。

【００１４】通常、放射温度計等による温度の測定は、
物体からの熱的な現象によって発散する放射に基づいて
行なわれ、この放射を熱放射という。熱放射は０．３８
μｍよりも波長の短い紫外線域から０．７５μｍよりは
るかに長い遠赤外に及ぶ波長帯域の放射であり、温度測
定にあっては測温に適した波長帯域を選んで測定が行な
われている。

【００１５】熱放射のエネルギーは物体の温度に依存
し、物体が完全放射体の場合には物体の分光放射輝度Ｌ
（λ，Ｔ）と熱力学温度（Ｔ）との関係はプランクの放
射側によって次式で表わされる。

【００１６】

【数１】

【００１７】ここで、λは物体から発散する放射波長、
Ｃ１，Ｃ２は放射の第１定数及び第２定数と呼ばれ、次
式で表わされる物理定数となる。 Ｃ１＝Ｃ² ｈ＝ 5.9548 ×１０^-17 ［Ｗ・ｍ² ］ （２）

【００１８】

【数２】

【００１９】但し、Ｃ：真空中の光の速度 （Ｃ＝ 2.99792458 ×１０⁸ ｍ・ｓ^-1） ｈ：プランクの定数 （ｈ＝ 6.6256 ×１０^-34 Ｊ・ｓ） ｋ：ボルツマンの定数 （ｋ＝ 1.38054×１０^-23 Ｊ・Ｋ^-1） ここで、前記（１）式で表わされる分光放射輝度Ｌ
（λ，Ｔ）と波長λ及び温度Ｔとの関係は第２図に示す
ようになる。即ち、完全放射体にあっては、物体の分光
放射輝度が最大となるλｍと放射体温度Ｔとの積（λｍ
Ｔ）は次式のように一定値として与えられる。 λｍＴ＝ 2.8978 ×１０^-3 ［ｍ・Ｋ］ （４） この（４）式の関係をウィーンの変位則という。

【００２０】前記（１）式で表わされる分光放射輝度Ｌ
（λ，Ｔ）は、λＴ≦λｍＴの領域では

【００２１】

【数３】

【００２２】となり、

【００２３】

【数４】

【００２４】の領域では、

【００２５】

【数５】

【００２６】で近似できる。即ち、（５）式がウィーン
の式であり、（６）がレイリー・ジーンズの式である。
測定する波長帯域が限定される場合には、限定された波
長帯域での放射輝度Ｌ _B （Ｔ）は分光放射輝度Ｌ（λ，
Ｔ）を波長帯域で積分することで求まる。

【００２７】

【数６】

【００２８】但し、λ1 ，λ2 は測定される波長帯域の
下限及び上限 実際の放射温度計では測定系を構成するレンズ、フィル
タ、検出器などの光学部材のそれぞれが波長選択特性を
もつために、測定系を通して観測される放射輝度Ｌ_D
（Ｔ）は次式の関数となる。

【００２９】

【数７】

【００３０】但し、Ｆ（λ）：測定系の分光応答度特性
によって決まる関数 Ｋ：Ｆ（λ）の関数形や検出器の変換効率などによって
決まる比例定数 この（８）式の放射輝度ＬD(Ｔ）は放射体温度Ｔと測定
系の分光応答特性Ｆ（λ）によって決まる関数であり、
測定系が一定状態に維持され、Ｆ（λ）の関数形に変化
がなければ温度Ｔのみに依存してＬD(Ｔ）の値が決ま
る。

【００３１】ここで、分光応答特性が異なる２つの測定
系がある場合を想定すると、各測定系で測定される放射
輝度の比Ｒ（Ｔ）は次式で示される温度の関数となる。

【００３２】

【数８】

【００３３】但し、Ｆ１（λ），Ｆ２（λ）：各々の測
定系の分光応答度特性 Ｋ１，Ｋ２：その測定系の構成条件によって決まる比例
定数 本発明のいわゆる２色温度計は、この（９）式の関係を
利用する。ここで、前記（５）式のウィーン式で近似で
きる波長領域について２色温度計を構成する各測定系の
実効中心波長をλ１，λ２で表わすと、前記（９）式の
放射輝度の比Ｒ（Ｔ）は次式で与えられる。

【００３４】

【数９】

【００３５】従って、本発明のプロセッサ１２にあって
は、火源を温度Ｔの黒体放射と等価であるとみなし、２
つの撮像デバイス４，７の前面に実効中心波長λ１とλ
２の波長選択用光学バンドパスフィルタ、即ちＢフィル
タ３とＲフィルタ６を配置し、このＢフィルタ３とＲフ
ィルタ６のそれぞれを通過して得られた光学像を撮像デ
バイス４，７で映像信号に変換してＡ／Ｄ変換後にイメ
ージメモリ１０に格納し、この２つのイメージデータの
出力比より前記（１０）式に従って温度（Ｔ）を算出す
る。

【００３６】図３は特定の対象物について撮像デバイス
４から得られた波長λ１を中心とした映像出力Ｖ１と、
同時に撮像デバイス７から得られた波長λ２を中心とし
た映像信号の出力Ｖ２との出力比Ｖ１／Ｖ２に対する前
記（１０）式で与えられる算出温度Ｔ（Ｋ）の関係を示
した特性図であり、出力比Ｖ１／Ｖ２、即ち前記（１
０）式の放射輝度の比Ｒ（Ｔ）から一義的に物体温度Ｔ
（Ｋ）を算出することができる。

【００３７】図４は図１の火災判断装置により監視され
る警戒区域の一例を示した説明図であり、撮像レンズ１
によって撮像デバイス４，７の受光面に第４図に示す画
像が結像される。尚、図４において、警戒区域には例え
ば７種類の異なる種別の対象物が含まれている。即ち、
対象物コード番号Ｎ＝０〜６に示すように、床面（Ｎ＝
０）、ソファ（Ｎ＝１）、テーブル（Ｎ＝２）、壁（Ｎ
＝３）、ガラス窓（Ｎ＝４）、天井（Ｎ＝５）及び石油
ストーブ（Ｎ＝６）が含まれている。

【００３８】このような図４に示す警戒区域に存在する
対象物の種別に対応して図１に示したメモリテーブル１
４には、図５に示すような対象物の着火点を種別毎に示
したテーブル情報が格納されている。即ち、図５のメモ
リテーブル１４には、対象物コードＮ＝０，１，２，・
・・に対応して各対象物毎に予めわかっている着火点デ
ータ、即ち着火点温度Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２，・・・が格納
されている。

【００３９】そこでプロセッサ１２による図４に示した
ような警戒区域の画像データに基づく火災判断処理を説
明すると次のようになる。まず、図４に示す警戒区域に
存在する対象物コードＮ＝０〜６の各対象物は、固定的
に配置され動かない物とすると、初期状態でプロセッサ
１２には各対象物毎のデータエリアを抽出するためのマ
スク情報が格納されており、このマスク情報を使用して
イメージメモリ１０から火災判断を行なう対象物の画像
データのみを取り出す。

【００４０】例えば、図４に示した対象物コードナンバ
ーＮ＝４の窓の画像データをイメージメモリ１０から抽
出する場合には、図６に示すようになる。まず、プロセ
ッサ１２には、イメージメモリ１０のＮ＝４の窓の形状
に対応するマスクデータをマスクメモリ１８に準備して
いる。イメージメモリ１０からＮ＝４のガラス窓のデー
タを取り出したい場合には、マスクデータとイメージメ
モリ１０のデータとの論理積を取るデータ読み出しを行
なうと、プロセッサ１２のワークメモリ１６にＮ＝４の
窓に対応したイメージデータのみを得ることができる。

【００４１】この点は窓ガラス以外の他の対象物のデー
タ取り出しについても同様である。また、マスクデータ
の作成はイメージメモリ１０に格納されたイメージデー
タをＣＲＴ上に映し出し、ＣＲＴ上でマウス等を使用し
て輪郭線設定によるマスク領域の設定を行なうことで簡
単に作成することができる。再び図４の画像を参照して
プロセッサ１２の処理を説明すると、プロセッサ１２は
第６図に示した方式によりイメージメモリ１０の中から
対象コード番号Ｎで指定される同一対象物のイメージデ
ータを順次読出し、読出した対象物データに基づいて対
象物毎の放射輝度の比Ｒ（Ｔ）に基づき前記（１０）式
から物体温度（Ｔ）を算出する。

【００４２】そして対象物の温度Ｔが算出されたなら
ば、図５に示したメモリテーブル１４から対象物コード
Ｎを指示パラメータとして対応する着火点データＦi を
取り出して比較し、算出温度Ｔが着火点データＦi 以上
であれば火災と判断する。ここで図４に示す対象物を含
むイメージメモリ１０から特定の対象物のイメージデー
タを抽出した場合の放射輝度の比Ｒ（Ｔ）の算出にあっ
ては、対象物を形成する全てのドットデータを用いた演
算は繁雑であることから、定常監視状態、即ち室温状態
における対象物の温度を閾値として設定し、この閾値を
越えるデータを抽出して放射輝度の比Ｒ（Ｔ）を演算す
ればよい。

【００４３】勿論、波長λ１の演算に使用するデータと
波長λ２の演算に使用するデータとは１対１に対応させ
る必要があり、波長λ１またはλ２のいずれか一方を基
準に同一範囲で同一場所となるドットデータを演算に使
用すればよい。次に、図７のフローチャートを参照して
図１に示したプロセッサ１２による本発明の火災判断処
理を説明する。

【００４４】図７において、まずステップＳ１でイメー
ジメモリ１０に格納されている波長λ１，λ２の各イメ
ージデータ（１画面分）をプロセッサ１２側のワークメ
モリ１６に読み込む。続いてステップＳ２でイメージメ
モリ１０からのイメージデータに所定の閾値輝度となる
イメージデータが含まれるか否か判別し、閾値輝度以上
のデータが含まれる場合には直ちに火災と判断してステ
ップＳ９で火災警報を行なう。

【００４５】即ち、揮発性の燃焼物が爆発する爆発火災
においては、瞬間的に飽和輝度に至ることから、イメー
ジメモリ１０からプロセッサ１２側のワークメモリ１６
へのデータ転送する段階において飽和輝度として設定し
た閾値輝度が所定数得られたような場合には、直ちに火
災と判断してステップＳ９で火災警報を行なう。ステッ
プＳ２で放射輝度等の閾値輝度を越えるイメージデータ
が得られない場合には、ステップＳ３以降の火災判断処
理に入る。

【００４６】まず、ステップＳ３で監視対象物のコード
ＮをＮ＝０にプリセットする。続いてＳ４に進み第６図
に示したようにワークメモリ１６に転送されたイメージ
メモリ１０のデータと、対象物コードＮ＝０について予
め準備されたマスクメモリ１８の並列読み出しを行なっ
て論理積を取ることで対象物コードＮ＝０ヲ示す画像デ
ータを取り出す。続いてステップＳ５で対象物コードＮ
＝０のデータに基づいて波長λ１，λ２の分光放射輝度
の比Ｒ（Ｔ）を算出し、次のステップＳ６で前記（１
０）式に出力比Ｒ（Ｔ）を代入して温度Ｔを算出する。

【００４７】続いてステップＳ７で対象物コードＮの着
火点データＦ０を図５に示したメモリテーブル１４から
読み出し、ステップＳ８で算出温度Ｔと着火点データＦ
０とを比較する。ステップＳ８で算出温度Ｔが着火点デ
ータＦ０より低ければ、ステップＳ１０に進んで対象物
コードＮをインクリメントし、ステップＳ１１で最終対
象物コードか否か判定した後、再びステップＳ３に戻っ
て次の対象物コードＮ＝１についての処理を同様に繰り
返す。

【００４８】ここで図４に示すように対象物コードＮ＝
１のソファに火が着いて火災となっていた場合には、ス
テップＳ３〜Ｓ８の処理により算出されたソファの温度
Ｔが着火点データＦ１以上となり、火災と判断すること
でステップＳ９に進んで火災警報を出すようになる。図
８は本発明の他の実施例を示した実施例構成図であり、
この実施例にあっては図１の実施例におけるＲフィルタ
３、Ｂフィルタ６のかわりにカラー撮像デバイス２０を
用いたことを特徴とする。

【００４９】即ち、図８の実施例にあっては、撮像レン
ズ１による警戒区域の画像はカラー撮像デバイス２０で
撮像され、カラー撮像デバイス２０からは例えばＮＴＳ
Ｃ方式に従ったコンポジット・カラービデオ信号が得ら
れる。このカラー撮像デバイス２０からのコンポジット
・カラービデオ信号は色分離回路２２によりＲ，Ｇ，Ｂ
の各色信号に分離してイメージメモリ１０に記憶し、こ
れによって本発明の火災判断処理に必要な波長λ１に対
応したＢ信号と波長λ２に対応したＲ信号のイメージデ
ータを得ることができる。

【００５０】勿論、ＲＧＢセパレートカラー信号を出力
可能なカラー撮像デバイス２０の場合には色信号分離回
路２２は不要であり、カラー撮像デバイス２０から直接
得られたＲ，Ｇ，Ｂの各信号をイメージメモリ１０に格
納すればよい。またイメージメモリ１０、プロセッサ１
２、メモリテーブル１４及び警報表示部１５について
は、図１の実施例と同じである。

【００５１】尚、図１、図８の実施例にあってはメモリ
テーブル１４に警戒区域の対象物の着火点データを対象
物毎に格納した場合を例にとるものであったが、この着
火点データに加えて更に対象物が自己加熱により火災を
拡大する要因を有するか否かを示す情報を格納して火災
拡大の可能性を判断するようにしてもよい。例えば警戒
区域に対象物としてカーテンが存在した場合には、この
カーテンについて着火点データと同時に難燃性処理が施
された防炎カーテンか否かを示す情報を格納し、防炎カ
ーテンの算出温度が着火点を越えていても、防炎カーテ
ンであることを示す情報に対応した表示処理を行なうこ
とで、直ちに火災には至らないが危険な状況である旨の
火災判断を行なうようにしてもよい。

【００５２】即ち、本発明で算出された対象物の温度と
比較して火災判断に使用するメモリテーブル１６に格納
するパラメータとしては、着火点データ以外に適宜の火
災判断に必要な対象物に関する情報を必要に応じて使用
することができる。また上記の実施例はλ１＝４５０n
m，λ２＝６５０nmの２波長を例にとるものであった
が、例えばλ１＝９５０nm，λ２＝１１００nm等の火災
温度範囲１４００Ｋ〜２２００Ｋの範囲内を測定するた
めの特定波長で最高の分解能が得られるように適宜の波
長λ１，λ２の値を決めることができる。

【００５３】更にまた、上記の実施例では、石油ストー
ブに対しても着火点温度のデータを格納しておき、対象
物の温度Ｔが算出されたならば両者のデータを比較して
火災を判断するようにしているが、ストーブ、コンロ、
蛍光灯などは使用している時は明らかにその周囲まで温
度が高くなり、また消している時は温度が低いものであ
り、予め定めた着火点の温度データを設定する事が難し
いので、このようなもの及びその周辺に対してはマクス
処理を行い、予め火災判断を行わないようにすることが
望ましい。

【００５４】尚、万が一、このようなものが燃えて火災
になったとしても、その周辺のものに燃え移った際に火
災と判断されるので、火災判断がそれほど遅れることは
ない。

【００５５】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、警戒区域の画像から対象物の温度を検出すると共に
対象物の着火点と比較して火災の有無を判断するため、
電灯を点灯したり、石油ストーブを着火しても誤って火
災と判断されてしまうことがなく、極めて信頼性の高い
火災判断を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例構成図

【図２】完全放射体の分光放射輝度の特性図

【図３】分光輝度の出力比と温度の関係を示した特性図

【図４】監視区域画像の一例を示した説明図

【図５】図４の監視区域を対象とした着火点データのテ
ーブル説明図

【図６】図１のプロセッサによる特定対象物データの抽
出処理の説明図

【図７】図１のプロセッサによる火災判断処理を示した
フローチャート

【図８】本発明の他の実施例を示した実施例構成図

【符号の説明】

１：撮像レンズ ２：ビームスプリッター ３：Ｂフィルタ（中心透過波長λ１＝４５０nm） ４，７：撮像デバイス ５：ミラー ６：Ｒフィルタ（中心透過波長λ２＝６５０nm） ８，９：Ａ／Ｄコンバータ １０：イメージメモリ １２：プロセッサ １４：メモリテーブル １５：警報表示部 １６：ワークメモリ １８：マスクメモリ ２０：カラー撮像デバイス ２２：色分離回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−123218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−129727（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−20564（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−79623（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G08B 17/00 G08B 17/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】監視区域を撮像デバイスの撮像面に結像す
   る撮像光学系と；該撮像光学系による光学画像から相異
   なる２つの所定波長成分をもつ画像情報を個別に生成す
   る２波長画像生成手段と；該２波長画像生成手段で生成
   された２つの画像情報の出力比に基づいて監視区域に存
   在する１つ又は複数の対象物の温度を種別毎に演算する
   演算手段と；前記監視区域に存在する対象物の着火点等
   の情報を種別毎に格納したテーブル手段と；前記演算手
   段で算出された対象物の温度と前記テーブル手段の格納
   情報との比較により火災を判断する火災判断手段と；を
   備えたことを特徴とする画像処理による火災判断装置。