JP3053159B2

JP3053159B2 - 炎検出装置および炎検出方法

Info

Publication number: JP3053159B2
Application number: JP6301556A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎野村; 悟志土屋
Original assignee: Nittan Co Ltd
Current assignee: Nittan Co Ltd
Priority date: 1994-11-10
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 2000-06-19
Anticipated expiration: 2015-06-19
Also published as: JPH08138169A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炎を検出する炎検出装
置および炎検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、火災を検知する装置として、例え
ば特開平１−２５１２９７号に示されているような火災
検知装置が知られている。この火災検知装置は、図１５
に示すように、炎４０からの光を検出する受光素子列
(ＣＣＤ)１０と、上記炎４０と上記受光素子列１０との
間に設けられたスリットマスク５０とを有しており、各
受光素子からの各データのうち所定レベル以上のものが
あるか否かを判断し、所定レベル以上のデータがあれ
ば、そのデータに基づくパターンが火災パターン認識の
対象であるか否かを判断し(通常の炎は、８Ｈｚ程度の
ちらつきを有しているので、この周波数に基づいて火災
パターン認識の対象か否かを判断し)、炎と判断したと
きには、上記スリットマスク５０と上記受光素子列１０
との間の距離と、上記受光素子列１０上の上記炎４０の
端部位置Ｑ７〜Ｐ７，Ｑ８〜Ｐ８とに応じて、上記炎４
０までの距離を求め、また、このようにして求めた上記
炎４０の端部ａ，ｂまでの距離に基づいて、さらに、上
記炎４０の幅Ｗを求め、この炎の幅Ｗが所定量ＷＣ以上
である状態が所定時間持続するとき、警報を出力するよ
うになっている。なお、図１５において、符号５１はス
リットであり、符号５２は赤外線フィルタである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の火災検知装置では、受光素子列(ＣＣＤ)１０の
前面にスリットマスク５０を設ける必要があり、炎４０
からの距離および炎の幅Ｗを検出するのにスリットマス
ク５０と受光素子列１０との間の距離を用いなければな
らないので、炎を確実に検出するためには、スリットマ
スク５０，すなわちスリット５１に相当の加工精度が要
求され、また、スリットマスク５０の受光素子列１０に
対する位置および距離の設定等が僅かにずれただけでも
炎に関する情報を正確に検出することができなくなるな
どの問題があった。

【０００４】本発明は、炎を撮像して炎に関する情報を
検知する場合に、スリットマスクなどを設置したりせず
とも、炎に関する情報を常に安定して確実かつ正確に検
出することの可能な炎検出装置および炎検出方法を提供
することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明は、所定の視野角の範囲の画像を
所定の撮像手段により撮像した画像データに基づき、炎
の検出に関する画像処理演算を行なう際、この画像処理
演算において、撮像手段の視野角と撮像手段の設置条件
とを用いるようになっている。これにより、スリットマ
スクなどを設置したりせずとも、撮像手段の視野角と設
置条件だけにより、炎に関する情報，具体的には炎の規
模や位置などの情報を確実かつ正確に検出することがで
きる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る炎検出装置の一実施例の構成
図である。図１を参照すると、本実施例の炎検出装置
は、所定の視野角を有し、該視野角の範囲の画像を撮像
する撮像部１と、該撮像部１の設置条件を入力する設置
条件入力部２と、撮像部１により撮像された画像データ
に基づき炎の検出に関する画像処理演算を行なう演算部
３と、炎の検出結果を出力する出力部４と、電源を供給
する電源部５とを有している。

【０００７】図１の例では、撮像部１は、撮像素子(例
えばＣＣＤセンサなど)１１と、所定の視野角(画角)を
有する光学手段(例えば光学レンズ)１２とを有してい
る。図２には、撮像素子１１としてのＣＣＤセンサに光
学レンズ１２が組み込まれた撮像部１の具体例(平面図)
が示されている。なお、図２において、光学レンズ１２
とＣＣＤセンサ１１とは重なり合った状態で示されてい
る。また、図２において、符号１３は動作灯であり、Ｃ
ＣＤセンサ１１に電源部５から電源が供給され、ＣＣＤ
センサ１１が作動しているときに、作動灯１３が点灯す
るようになっている。

【０００８】また、太陽光などによる影響を抑え、炎の
みを確実に撮像するため、撮像部１には、例えば図３に
示すような赤外透過特性をもつフィルタ(例えばシャー
プカットフィルタ；フィルタ番号ＩＲ−８２，ＩＲ−８
４，ＩＲ−８６，ＩＲ−８８，またはＩＲ−９０)がさ
らに設けられているのが良い。図４は主に紫外，可視領
域の炎(ガス炎)と太陽光の分光特性を示す図であり、図
４からわかるように、紫外，可視領域では、炎(ガス炎)
は、太陽光に比べて相対感度(相対強度)が低い。また、
図５は赤外領域の炎の分光特性を示す図であり、図５か
ら、炎(炎から放射される光)は、４．３μｍの波長のと
ころに最大の相対強度をもつことがわかる。従って、図
４，図５の分光特性から、例えば８００〜１０００ｎｍ
よりも短かい波長の光をカットし、８００〜１０００ｎ
ｍよりも長い波長の光を透過する図３に示すようなフィ
ルタが設けられていることで、太陽光等の影響を抑えて
炎の画像を得ることができる。このようなフィルタは、
例えば光学手段(光学レンズ)１２と撮像素子(ＣＣＤセ
ンサ)１１との間に設けられても良いし、あるいは、光
学手段(光学レンズ)１２上にコーティングされて設けら
れていても良い。

【０００９】図６は建物内の部屋の一例を示す透視図で
あって、撮像部１は、図６に示すように、例えば、建物
内の所定の部屋１０１の天井１０２あるいは壁面１０３
の高い位置などに設置されるようになっており、撮像素
子１１によって撮像される画面は、光学レンズ１２の視
野角(画角)と撮像部１の設置条件(部屋１０１の床１０
４からの撮像部１の高さｈ，および撮像部１の設置角度
(傾き角度)θ)とによって定められる。従って、部屋１
０１内の所望の監視区域を監視しようとする場合、光学
レンズ１２に所定の視野角のものを用い、また、部屋１
０１内の所定の位置に所定の角度θで撮像部１を予め設
置する必要がある。

【００１０】図７(ａ)，(ｂ)はそれぞれ図６のｘ軸方
向，ｙ軸方向の断面図であり、図７(ａ)，(ｂ)には、部
屋１０１内の所望の監視区域１０５を監視するように、
所定の視野角θ₀(θ_x0，θ_y0)をもつ撮像部１が所定の
位置に所定の傾き角度(鉛直線ｚからの傾き角度)θ
(θ_x，θ_y)で設置された状態が示されている。なお、θ
_x，θ_yはそれぞれ傾き角度θのｘ軸方向成分，ｙ軸方向
成分であり、θ_x0，θ_y0はそれぞれ視野角θ₀のｘ軸方
向成分，ｙ軸方向成分である。

【００１１】また、図８には、撮像部１が図７(ａ)，
(ｂ)に示すように設置されたときに、ＣＣＤセンサ１１
によって撮像された画面の一例が示されている。図８の
例では、この画面は、例えば、ＣＣＤセンサの画素数
(素子数)Ｎ×Ｍに対応させて、ｘ軸方向，ｙ軸方向にそ
れぞれＮ個，Ｍ個(例えば６０個，６０個)の画素に分け
られている。すなわち、撮像された画面の１画素がＣＣ
Ｄセンサの１画素に対応したものとなっている。

【００１２】なお、ＣＣＤセンサには、数１０万画素程
度の高解像度のものから、数１０画素程度の低解像度の
ものがあり、これらのいずれのものをも用いることがで
きる。この場合、低解像度のＣＣＤセンサを用いるとき
には、このＣＣＤセンサの各画素の出力をそのまま処理
対象である画像データとすることができ、この場合、画
面の各画素は、上述のように、ＣＣＤセンサの各画素と
一対一対応となる。また、高解像度のＣＣＤセンサを用
いるときには、このＣＣＤセンサの各画素出力をそのま
ま処理対象である画像データとすることもできるが、以
後の画像処理を簡単なものとするため、撮像部１におい
てあるいは演算部３において、ＣＣＤセンサの複数の画
素出力をまとめて(例えばこれら複数の画素出力の平均
をとって)、１画素としたものを画像データとすること
もできる。例えば、ＣＣＤセンサが６４×６４画素，す
なわち４０９６画素のものである場合、４画素を１画素
に圧縮することで(例えば４画素のレベルの平均値をと
って、これを１画素のレベルにすることで)、１６×１
６画素，すなわち２５６画素の画像データとなり、画像
処理に要する時間を短縮することができる。但し、その
分、解像度は低下する。

【００１３】演算部３は、このように撮像された画面を
例えば定期的に(一定の時間間隔Ｔで)監視し、基本的に
は、現時点の画面の画像データと前時点の画面の画像デ
ータとを比較し、現時点の画面の画像データと前時点の
画面の画像データとの間に変化した部分があるときに、
この変化した部分が炎であるか否か(例えば火災による
炎であるか否か)の判断処理等を行なうようになってい
る。

【００１４】図１の例では、演算部３は、撮像部１から
のアナログ画像データ(すなわち例えばＣＣＤセンサ１
１の各画素出力)に対し、アナログ−デジタル変換を行
なうＡ／Ｄ変換器２０と、デジタル変換された画像デー
タに基づき上記監視処理，判断処理等を行なうプロセッ
サ(ＣＰＵ)２１と、プロセッサ２１の処理プログラム等
が記憶されているＲＯＭ２２と、プロセッサ２１のワー
クエリアとして機能するＲＡＭ２３とを有し、上記処理
に用いられる現時点の画面の画像データ，前時点の画面
の画像データなどはＲＡＭ２３に格納されるようになっ
ている。

【００１５】なお、上記Ａ／Ｄ変換器２０は、プロセッ
サ２１の処理能力等に応じ、アナログ画像データを所定
の閾値により２値のデジタル画像データに変換する機能
を有しているものであっても良いし、アナログ画像デー
タを例えば焦点座標位置の輝度(階調レベル)を閾値とし
て多値のデジタル画像データに変換する機能を有するも
のであっても良い。すなわち、プロセッサ２１が多値の
デジタル画像データに対する処理能力を有している場合
には、多値のデジタル画像データに変換する機能を有す
るＡ／Ｄ変換器が用いられることで、より精度良く炎に
関する検知を行なうことができるが、プロセッサ２１が
２値のデジタル画像データに対する処理能力しか有して
いない場合には、２値のデジタル画像データに変換する
機能を有するＡ／Ｄ変換器が用いられるか、あるいは、
多値のデジタル画像データに変換する機能を有するＡ／
Ｄ変換器が用いられる場合、さらに多値のデジタル画像
データを２値のデジタル画像データに変換する必要があ
る。

【００１６】以下の説明では、便宜上、撮像部１からの
アナログ画像データは、最終的に２値の画像データに変
換され、プロセッサ２１は、２値の画像データに対して
所定の画像処理演算を行なうものとする。また、画像デ
ータが変化したか否かを判断するための現時点の画像デ
ータと前時点の画像データとの比較は、これらの差をと
って、差分画像データとすることによってなされるもの
とする。なお、この場合に、画像データが２値化されて
いることによって、この差分画像データは、変化がない
ときには全ての画素の値が“０”であり、変化がある部
分についてのみ“０”以外の値となることから、これに
より、変化した部分があるか否かを即座に判断すること
ができる。

【００１７】ところで、演算部３において、画面の変化
した部分が炎によるものであるか否かの判断等を確実に
行なうために、演算部３では、撮像部１の設置条件(撮
像部１の高さｈおよび撮像部１の傾き角度θ(θ_x，
θ_y))が必要であり、このため、本実施例では、撮像部
１の設置条件を入力する設置条件入力部２が設けられて
いる。

【００１８】設置条件入力部２は、例えば、撮像部１の
高さ(すなわち床１０４からの距離)ｈを自動測定する距
離計、および／または、撮像部１の鉛直方向ｚからの傾
き角度θ(θ_x，θ_y)を自動測定する傾斜計として構成す
ることができる。この場合、これらの測定器を撮像部１
に予め取り付け、これらの測定器からの出力を演算部３
に入力させることで、設置条件を自動入力することがで
きる。なお、この場合、上記高さ(距離)ｈを測定する装
置すなわち距離計としては、超音波あるいはレーザ光を
床１０４に向けて出射した時点から、床１０４により反
射された超音波あるいはレーザ光を受信する時点までの
時間を計測することによって床１０４までの距離を測定
する装置などを用いることができる。また、傾斜計とし
ては、例えば米国ルーカス社製の低価格・高性能小型化
傾斜角センサなどを用いることができる。

【００１９】また、このような距離計，傾斜計のかわり
に、設置条件入力部２を、撮像部１の高さｈおよび設置
角度θ(θ_x，θ_y)をアナログ電圧として入力させるため
のアナログ電圧調整器として構成することもできる。こ
の場合、オペレータがアナログ電圧調整器を操作して
(例えばボリュームを操作して)、撮像部１の高さｈおよ
び設置角度θ(θ_x，θ_y)にそれぞれ対応したアナログ電
圧に調整することで、高さｈおよび設置角度θ(θ_x，θ
_y)をアナログ電圧として演算部３に入力させることがで
きる。

【００２０】あるいは、設置条件入力部２を、撮像部１
の高さｈおよび設置角度θ(θ_x，θ_y)をデジタル情報と
して入力させるための例えば８ビットのディップスイッ
チとして構成することもできる。この場合、オペレータ
がディップスイッチを操作して高さｈおよび角度θ
(θ_x，θ_y)を設定することで、高さｈおよび角度θ
(θ_x，θ_y)をデジタル情報として、演算部３に入力させ
ることができる。

【００２１】演算部３は、設置条件入力部２から入力さ
れた設置条件に基づき、先ず、図８に示すような画面上
において、撮像部１の直下の位置(ｘ_C，ｙ_C)がどこにあ
るかを算出し、次いで、撮像部１の設置位置から画像デ
ータの変化した部分ＣＨに対応する対象物ＯＢＪ(図１
参照)の位置までの角度ψに関する情報と、撮像部１の
設置位置から画像データの変化した部分に対応する対象
物ＯＢＪまでの距離Ｌ_XYと、画像データの変化した部分
に対応する対象物ＯＢＪの大きさとを算出し、これらの
算出情報等に基づいて、画像データの変化した部分に対
応する対象物ＯＢＪの規模(大きさ)や位置等を割り出し
て、対象物ＯＢＪが炎であるか否かを判断するようにな
っている。

【００２２】ここで、画面上における撮像部１の直下の
位置(ｘ_C，ｙ_C)の算出は、次のようになされる。すなわ
ち、いま例えば図７(ａ)，(ｂ)に示すように、撮像部１
がｘ軸方向，ｙ軸方向にそれぞれ視野角θ_x0，θ_y0を有
し、ｘ軸方向に傾き角θ_x，ｙ軸方向に傾き角θ_yで傾い
て設置されているとするとき、図８に示すような画面の
ｘ軸，ｙ軸上での１画素(１区画)の角度ｄθ_x，ｄθ
_yは、それぞれ次式で計算される。

【００２３】

【数１】ｄθ_x＝θ_x0／Ｎｄθ_y＝θ_y0／Ｍ

【００２４】なお、Ｎ，Ｍはそれぞれｘ軸方向，ｙ軸方
向の画素数(区画数)である。ｘ軸，ｙ軸上での１画素
(１区画)の角度ｄθ_x，ｄθ_yが数１により計算される
と、画面上における撮像部１直下の位置(ｘ_C，ｙ_C)は次
式により求められる。

【００２５】

【数２】ｘ_C＝Ｎ／２−θ_x／ｄθ_x ｙ_C＝Ｍ／２−θ_y／ｄθ_y

【００２６】図８には、このように求められた画面上で
の撮像部１直下の位置(ｘ_C，ｙ_C)が示されている。な
お、図８からもわかるように、傾き角θ_x，θ_yが０のと
き、すなわち、撮像部１が傾いていないときには、その
直下の位置(ｘ_C，ｙ_C)は画面の中央になり、傾き角θ_x
あるいはθ_yが大きい程、(ｘ_C，ｙ_C)は画面の縁に近く
なる。

【００２７】このようにして、画面上における撮像部１
直下の位置(ｘ_C，ｙ_C)が算出されると、これを基準にし
て、撮像部１の設置位置から画像データの変化した部分
に対応する対象物ＯＢＪの位置までの角度ψ(鉛直線ｚ
に対する角度)に関する情報を求めることができる。よ
り詳細には、いま例えば、前時点では対象物ＯＢＪが存
在せず前時点での画面が図９(ａ)に示すようなものであ
り、現時点において図１のように対象物ＯＢＪが出現し
現時点での画面が図９(ｂ)に示すようなものとなって、
画面上で画像データの変化した部分が符号ＣＨの部分で
あると検出されたとき、すなわち、例えば図９(ｂ)の画
像データと図９(ａ)の画像データとの差をとって図９
(ｃ)に示すような差分画像データが得られ、この差分画
像データにおいて“０”以外の画素値をもつ部分(図９
(ｃ)の例では黒画素の部分)ＣＨが画像データの変化し
た部分として検出されたとき、この変化した部分ＣＨに
対応する実際の対象物ＯＢＪまでの角度ψに関する情報
を次のように求めることができる。

【００２８】すなわち、画面上において画像データの変
化した部分ＣＨが、図９(ｃ)に示すように、(ｘ₁，ｙ₁)
〜(ｘ₂，ｙ₂)の範囲である場合、撮像部１の設置位置か
ら画像データの変化した部分ＣＨに対応する実際の対象
物ＯＢＪまでのｘ軸方向の角度範囲ψ_x1〜ψ_x2，ｙ軸方
向の角度範囲ψ_y1〜ψ_y2は、それぞれ次式のようにして
求まる。

【００２９】

【数３】ψ_x1＝ｄθ_x×(ｘ₁−ｘ_C) ψ_x2＝ｄθ_x×(ｘ₂−ｘ_C) ψ_y1＝ｄθ_y×(ｙ₁−ｙ_C) ψ_y2＝ｄθ_y×(ｙ₂−ｙ_C)

【００３０】これにより、撮像部１の設置位置から対象
物ＯＢＪまでの距離Ｌ_XY(対象物ＯＢＪの最も遠い部分
までの距離)を次式のようにして求めることができる。

【００３１】

【数４】Ｌ_XY＝(ｈ／ｃｏｓψ_x2)×(１／ｃｏｓψ_y2)

【００３２】また、これにより、対象物ＯＢＪのｘ軸方
向，ｙ軸方向の実際の大きさ｜Ｘ｜，｜Ｙ｜と、対象物
ＯＢＪの実際の大きさＳとを、次式のように算出するこ
とができる。

【００３３】

【数５】｜Ｘ｜＝Ｌ_XY×(ψ_x2−ψ_x1) ｜Ｙ｜＝Ｌ_XY×(ψ_y2−ψ_y1) Ｓ＝｜Ｘ｜×｜Ｙ｜

【００３４】このように、対象物ＯＢＪの大きさに関す
る情報として、Ｓ，｜Ｘ｜，｜Ｙ｜を得ることができ、
対象物ＯＢＪの位置に関する情報として、Ｌ_XY，ψを得
ることができる。

【００３５】なお、上述したような対象物ＯＢＪの各情
報は、部屋１０１の監視区域１０５となるべき床１０４
部分が平らな平面であり、対象物ＯＢＪが床１０４の平
らな平面に沿ったものであるとの前提の下で得られ、監
視区域１０５となるべき床１０４の部分に階段等の凹凸
がある場合には、これに応じた補正を対象物ＯＢＪの各
情報に施す必要がある。なお、以下では、説明の便宜
上、監視区域１０５となるべき床１０４部分は、平らな
平面であるとする。

【００３６】また、上述の例では、撮像部１は、任意の
傾き角度θ(θ_x，θ_y)で取り付けることができるとした
が、必要に応じ、この傾き角度θ(θ_x，θ_y)に制約をも
たせることもできる。すなわち、撮像素子１１にＣＣＤ
素子が用いられる場合、ＣＣＤ素子は一般に長方形状の
ものであり、ｘ軸方向あるいはｙ軸方向のいずれか一方
が他方に比べて長く、画素数の多いものとなっている。
いま例えばｘ軸方向の長さが長くなっている場合、ｘ軸
方向の傾き角度θ_xが“０゜”でないとき(すなわち、こ
のＣＣＤ素子のｘ軸が床１０４と平行でないとき)に
は、ｘ軸方向の実際の監視エリアに不足が生じたり、あ
るいは、対象物ＯＢＪの特徴パラメータ(大きさ等)の算
出が複雑となって、特徴パラメータに誤差が生じたりす
る恐れがあり、また、対象物ＯＢＪをモニタ表示した場
合、これを見ずらいなどの問題が生じることがある。従
って、撮像素子１１にＣＣＤ素子が用いられる場合、上
記例ではＣＣＤ素子のｘ軸を床と平行になるよう(すな
わち、傾き角度θ_xが“０゜”となるよう)、撮像部１を
取り付けるのが良い。換言すれば、上記のような例の場
合、撮像素子１の鉛直線ｚからの傾き角度θのｘ軸方向
成分θ_x，ｙ軸方向成分θ_yの少なくともいずれか一方を
“０゜”とするのが良い。このときには、ｘ_Cの位置，
あるいはｙ_Cの位置は、撮像画面ｘ軸上の中心，あるい
はｙ軸上の中心となる。

【００３７】演算部３は、このように、画面の画像デー
タを定期的に(例えば一定の時間間隔で)収集する毎に、
画像データの変化をその都度監視し、画像データに変化
があったとき、この変化した場合に対応する対象物につ
いて上記のような情報を求め、さらにこの対象物の変化
の様子を調べてこの対象物が炎(例えば火災による炎)か
否かを判断するようにしている。

【００３８】この判断処理は、対象物が火災による炎で
ある場合には、その規模(大きさ，面積)が、タバコなど
の炎の規模よりもかなり大きな規模(大きさ，面積)のも
のであり、また、所定の揺らぎ(例えば８Ｈｚ程度のち
らつき)を有していること、また、対象物の位置が時間
的に急激には変化しないこと(例えば、その移動速度
が、撮像部１との距離Ｌ_XYに応じて例えば０ｃｍ／秒〜
５０ｃｍ／秒程度の範囲内にあること)、などの特徴に
基づいてなされる。

【００３９】すなわち、演算部３は、例えば、画像デー
タの変化した部分に対応した対象物ＯＢＪの全体の大き
さ(面積)Ｓから、この部分の大きさ(面積)が火災による
炎として妥当な規模のものであるか否か、また、対象物
ＯＢＪの時間的変化をさらに監視し、対象物ＯＢＪが所
定の揺らぎを有しているか否か、また、対象物の位置の
時間的変化が所定の速度以内であるか否か、などを判断
するようになっている。

【００４０】なお、上述の例では、画像データの変化し
た部分が１つの画素連結領域ＣＨだけであり、従って、
１つの対象物ＯＢＪだけが検出される場合について述べ
たが、画像データの変化した部分が図１０に示すように
複数の画素連結領域ＣＨ₁〜ＣＨ_nであって、複数の対象
物ＯＢＪ₁〜ＯＢＪ_nが検出される場合には、各画素連結
領域ＣＨ₁〜ＣＨ_n，各対象物ＯＢＪ₁〜ＯＢＪ_nのそれぞ
れについて上述のような演算処理がなされ、各対象物Ｏ
ＢＪ₁〜ＯＢＪ_nについて大きさ，揺らぎ，位置の時間的
変化などの情報が求められる。

【００４１】なお、画像データの変化した部分に対応す
る対象物の大きさは、Ｓによって得ることもできるし、
ｘ軸方向，ｙ軸方向の大きさ｜Ｘ｜，｜Ｙ｜により、ｘ
軸方向，ｙ軸方向各々について得ることもできる。ま
た、ｘ軸方向，ｙ軸方向の大きさ｜Ｘ｜，｜Ｙ｜の比｜
Ｙ｜／｜Ｘ｜などによって、対象物の形状に関する情報
を得ることもでき、大きさＳに関する情報にさらに形状
に関する情報を加味して、炎の判断を行うこともでき
る。

【００４２】次にこのような構成の炎検出装置の処理動
作例を図１１のフローチャートを用いて説明する。図１
１を参照すると、プロセッサ２１は、先ず、初期化処理
を行なう。例えばワークエリアとして機能するＲＡＭ２
３等の初期化を行なう(ステップＳ１)。しかる後、画像
監視処理，および炎の検出処理を開始する(ステップＳ
２乃至Ｓ８)。

【００４３】すなわち、プロセッサ２１は、撮像部１か
らの画像データ(より詳しくはＡ／Ｄ変換器２０からの
デジタル画像データ)を例えば所定の時間間隔Ｔごとに
取り込む(ステップＳ２)。例えば図１２に示すように、
画像処理の開始時刻がｔ₁であり、時刻ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，
…の画像データがＤ_ij(ｔ₁)，Ｄ_ij(ｔ₂)，Ｄ_ij(ｔ₃)，
…であるとき、プロセッサ２１は、各時刻ｔ₁，ｔ₂，ｔ
₃，…に画像データＤ_ij(ｔ₁)，Ｄ_ij(ｔ₂)，Ｄ_ij(ｔ₃)，
…を取り込み、ＲＡＭ２３に格納する。

【００４４】このとき、ＲＡＭ２３の容量を節約するな
どのために、基本的には、時間的に隣接する２つの時刻
ｔ_k，ｔ_k+1の画像データＤ_ij(ｔ_k)，Ｄ_ij(ｔ_k+1)がＲＡ
Ｍ２３に保持されるようにする。具体的に、プロセッサ
２１は、時刻ｔ₁に画像データＤ_ij(ｔ₁)を取り込むと、
これをＲＡＭ２３のエリアＷＫ₁に図１３(ａ)に示すよ
うに格納し、次いで、時刻ｔ₂に画像データＤ_ij(ｔ₂)を
取り込むと、これをＲＡＭ２３のエリアＷＫ₂に図１３
(ｂ)に示すように格納する。この時点で、ＲＡＭ２３に
は、２つの時刻ｔ₁，ｔ₂の画像データＤ_ij(ｔ₁)，Ｄ
_ij(ｔ₂)が保持される。次いで、時刻ｔ₃に画像データＤ
_ij(ｔ₃)を取り込むと、ＲＡＭ２３のエリアＷＫ₁に保持
されている時刻ｔ₁の画像データＤ_ij(ｔ₁)を消去して、
これのかわりに時刻ｔ₃の画像データＤ_ij(ｔ₃)を図１３
(ｃ)に示すように格納する。このように、奇数番目の時
刻の画像データをＲＡＭ２３のエリアＷＫ₁に格納し、
偶数番目の時刻の画像データをＲＡＭ２３のエリアＷＫ
₂に格納する。

【００４５】このようにして、２つの時刻ｔ_k，ｔ_k+1の
画像データＤ_ij(ｔ_k)，Ｄ_ij(ｔ_k+1)を取得すると、プロ
セッサ２１は、これら２つの画像データＤ_ij(ｔ_k)，Ｄ
_ij(ｔ_k+1)を比較し、画像データＤ_ij(ｔ_k+1)が画像デー
タＤ_ij(ｔ_k)に対し変化したか否かを判断する(ステップ
Ｓ３)。例えば、２つの２値化画像データＤ_ij(ｔ_k+1)，
Ｄ_ij(ｔ_k)の差をとり、その差分画像データ(Ｄ
_ij(ｔ_k+1)−Ｄ_ij(ｔ_k))の全ての画素値が“０”のとき
は変化がないと判断し、“０”以外の画素値をもつ部分
があるときは変化したと判断する。

【００４６】このような判断の結果、変化していない場
合には、再びステップＳ３に戻り、次の時刻について同
様の処理を行なう。具体的に、いま、図１２の例におい
て、時刻ｔ₁，ｔ₂の画像データＤ_ij(ｔ₁)，Ｄ_ij(ｔ₂)間
に変化がないときには、時刻ｔ₂，ｔ₃の画像データＤ_ij
(ｔ₂)，Ｄ_ij(ｔ₃)を比較し、画像データＤ_ij(ｔ₂)，Ｄ
_ij(ｔ₃)にも変化がないときには、時刻ｔ₃，ｔ₄の画像
データＤ_ij(ｔ₃)，Ｄ_ij(ｔ₄)を比較するというように、
２つの時刻ｔ_k，ｔ_k+1の画像データＤ_ij(ｔ_k)，Ｄ_ij(ｔ
_k+1)の比較を繰り返し行なう(ステップＳ２，Ｓ３)。

【００４７】このような繰り返し処理において、いま例
えば、時刻ｔ₄，ｔ₅の画像データＤ_ij(ｔ₄)，Ｄ_ij(ｔ₅)
を比較した結果、変化が認められると、プロセッサ２１
は、さらに、この画像データの変化が炎によるものであ
るか否かの判断を行なう。すなわち、前述のように、こ
の変化した部分に対応する対象物ＯＢＪの大きさ(およ
び／または形状)が炎の大きさ(あるいは形状)として妥
当であるか否かを判断し、また、この対象物ＯＢＪが所
定の揺らぎを有しているか否かを判断し、さらには、こ
の対象物ＯＢＪの位置の時間的変化が炎の時間的変化と
して妥当であるか否かを判断する。

【００４８】この判断を行なうため、プロセッサ２１
は、変化が認められたときは、単に２つの時刻ｔ₄，ｔ₅
の画像データＤ_ij(ｔ₄)，Ｄ_ij(ｔ₅)のみならず、それ以
後の時刻ｔ₆，…，ｔ_mの画像データＤ_ij(ｔ₆)，…，Ｄ
_ij(ｔ_m)を用いて処理を行なう。

【００４９】すなわち、炎によるものであるか否かの判
断処理を行なうのに、変化が認められた時点での２つの
時刻ｔ₄，ｔ₅の画像データＤ_ij(ｔ₄)，Ｄ_ij(ｔ₅)だけを
用いて(１つの差分画像データだけによって)、変化した
部分に対応する対象物の大きさ(および／または形状)を
求め(大きさについてはＳあるいは｜Ｘ｜，｜Ｙ｜とし
て求め、また、形状については、例えば比｜Ｙ｜／｜Ｘ
｜として求め)、これが炎として妥当であるか否かを判
断し、炎であるか否かを判断することもできる。しかし
ながら、単に２つの画像データＤ_ij(ｔ₄)，Ｄ_ij(ｔ₅)の
比較結果だけでは(すなわち、一時点での比較結果だけ
では)、対象物ＯＢＪの大きさ(および／または形状)の
情報しか得られず、対象物ＯＢＪが炎であるとの正確な
判断を行なうことはできない。さらには、１つの差分画
像データだけでは、一瞬のライトなどの光の作用等によ
り誤報が生じたりする場合がある。従って、より正確な
判断を行なうため、ステップＳ３において変化有りの判
断がなされたときは、時刻ｔ₄，ｔ₅の画像データＤ
_ij(ｔ₄)，Ｄ_ij(ｔ₅)の比較結果のみならず、さらに、以
後の時刻ｔ₆，…，ｔ_mの画像データをも取得し、時刻ｔ
₅の画像データＤ_ij(ｔ₅)をも含めた複数の時刻の画像デ
ータに基づいて判断を行なうのが良い。例えば、時刻ｔ
₄，ｔ₅の画像データＤ_ij(ｔ₄)，Ｄ_ij(ｔ₅)の比較結果の
みならず、以後の時刻ｔ₅，ｔ₆の画像データＤ
_ij(ｔ₅)，Ｄ_ij(ｔ₆)の比較結果，…，時刻ｔ_m-1，ｔ_mの
画像データＤ_ij(ｔ_m-1)，Ｄ_ij(ｔ_m)の比較結果をも用い
て、対象物の時間的変化を監視することで、対象物が炎
であるか否かの判断を行なうのが良い。

【００５０】このため、図１１の例では、ステップＳ４
において変化有りの判断がなされたときには、プロセッ
サ２１は、さらに、以後の時刻の画像データを取得する
(ステップＳ４)。そして、プロセッサ２１は、例えば上
記のようにして対象物の時間的変化を監視し、対象物の
時間的変化の少なくともある１つの時点においてその大
きさ(および／または形状)が炎として妥当なものである
か否かを判断し(ステップＳ５)、また、対象物の時間的
変化から対象物が所定の揺らぎを有しているか否かを判
断し(ステップＳ６)、さらには、対象物の位置の時間的
変化が炎の時間的変化として不自然なものでないか否か
を判断する(ステップＳ７)。例えば、対象物の大きさＳ
あるいは｜Ｘ｜，｜Ｙ｜の時間的変化を監視すること
で、所定の揺らぎを有しているか否かを判断することが
できる。また、対象物の位置の時間的変化は、対象物ま
での距離Ｌ_XY，角度ψの時間的変化を監視することで検
出でき、対象物ＯＢＪが画面から突然消えたり、あるい
は、画面内で急に位置が変わったり、あるいは画面内で
行ったり来たりしたり、あるいは、全く動かなかったり
する場合には、対象物の位置の時間的変化が炎の時間的
変化として不自然であると判断し、上記以外の場合に
は、対象物の位置の時間的変化が炎として自然であると
判断する。

【００５１】これらの判断の結果、炎の形状および大き
さとして妥当であり、かつ、炎として妥当な揺らぎを有
し、かつ、炎の時間的変化として妥当であるときには、
出力部４から火災警報を出力させる(ステップＳ８)。例
えば、警告ランプを点灯したり、警報音を発生させたり
する。また、炎の形状および大きさとして妥当でない
か、炎として妥当な揺らぎを有しないか、あるいは、炎
の時間的変化として妥当でないときには、炎と判断せず
に、再びステップＳ２に戻る。

【００５２】なお、画像データに変化が確認された以後
の処理，すなわち、画像データＤ_ij(ｔ₄)，Ｄ_ij(ｔ₅)の
比較処理，…，画像データＤ_ij(ｔ_m-1)，Ｄ_ij(ｔ_m)の比
較処理では、２つの画像データ，例えばＤ_ij(ｔ_m-1)，
Ｄ_ij(ｔ_m)間の単純な差をとって、変化した部分の大き
さ(および／または形状)，揺らぎ，動き(位置)を監視す
ることもできるが、画像データに変化が確認された以後
は、前時点の画像データに対象物が存在するため、単純
な差をとると、その差分画像データには、図１４に示す
ように、現時点での対象物の部分ＣＨ(ｔ_k)の他に、前
時点での対象物の部分ＣＨ(ｔ_k-1)が現われてしまい、
処理が煩雑になる恐れがある。

【００５３】この問題を回避するため、例えば、変化が
認められる直前(時刻ｔ₄)の画像データＤ_ij(ｔ₄)を標準
画像データとし、時刻ｔ₅以後の画像データＤ_ij(ｔ₅)，
Ｄ_ij(ｔ₆)，…，Ｄ_ij(ｔ_m)が順次に得られたときに、各
画像データＤ_ij(ｔ₅)，Ｄ_ij(ｔ₆)…，Ｄ_ij(ｔ_m)と標準
画像データＤ_ij(ｔ₄)との差をとり、各差分画像データ
(Ｄ_ij(ｔ₅)−Ｄ_ij(ｔ₄))，(Ｄ_ij(ｔ₆)−Ｄ_ij(ｔ₄))，
…，(Ｄ_ij(ｔ_m)−Ｄ_ij(ｔ₄))において、それぞれ、変化
している部分の大きさ(および／または形状)，揺らぎ，
位置等を算出し、その時間的経過からこの部分に対応す
る対象物が炎であるか否かを判断するようなこともでき
る。

【００５４】あるいは、上述したような画像処理以外の
任意所望の画像処理によって、炎であるか否かの判断を
行なうこともできる。

【００５５】また、上述の例では、画像データに変化が
認められたとき、画像データの変化した部分に対応する
対象物が、炎の大きさ(および／または形状)として妥当
であり、かつ、炎としての揺らぎを有し、かつ、炎の時
間的変化として妥当であるとき、火災警報を出力すると
したが、その前段階として、画像データに変化が認めら
れた時点以後の各時刻の画像データをディスプレイ等に
表示することもできる。すなわち、画像データの変化し
た部分を動画像としてディスプレイ等に可視表示するこ
ともできる。

【００５６】さらに、炎の判断を行なうために得られた
対象物の大きさの情報Ｓ，｜Ｘ｜，｜Ｙ｜や位置に関す
る情報Ｌ_XY，ψなどをも出力して、オペレータに知らせ
ることも可能である。

【００５７】以上のように、本実施例によれば、炎を撮
像して炎に関する情報を検知する場合に、スリットマス
クなど設置したりせずとも、撮像部１の設置条件だけに
より、炎に関する情報を常に安定して確実かつ正確に検
出することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、所定の視野角の範囲の画像を所定の撮像手段により
撮像した画像データに基づき、炎の検出に関する画像処
理演算を行なう際、この画像処理演算において、撮像手
段の視野角と撮像手段の設置条件とを用いるようになっ
ているので、スリットマスクなどを設置したりせずと
も、撮像手段の視野角と設置条件だけにより、炎に関す
る情報を常に安定して確実かつ正確に検出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る炎検出装置の一実施例の構成図で
ある。

【図２】撮像部の具体例を示す図である。

【図３】赤外透過フィルタの透過特性を示す図である。

【図４】紫外，可視領域の炎の分光特性を示す図であ
る。

【図５】赤外領域の炎の分光特性を示す図である。

【図６】建物内の部屋の一例を示す透視図である。

【図７】(ａ)，(ｂ)はそれぞれ図６のｘ軸方向，ｙ軸方
向の断面図である。

【図８】撮像された画面の一例を示す図である。

【図９】(ａ)乃至(ｃ)は画像データの変化した部分を検
出する仕方を説明するための図である。

【図１０】画像データの変化した部分が複数の画素連結
領域からなる場合を示す図である。

【図１１】図１の炎検出装置の処理動作例を示すフロー
チャートである。

【図１２】画像データの取り込みタイミングを示すタイ
ムチャートである。

【図１３】(ａ)乃至(ｃ)は画像データのＲＡＭへの格納
の仕方を説明するための図である。

【図１４】差分画像データの一例を示す図である。

【図１５】従来の火災検知装置を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１撮像部２設置条件入力部３演算部４出力部５電源部１１撮像素子１２光学手段２０Ａ／Ｄ変換器２１プロセッサ２２ＲＯＭ２３ＲＡＭ１０１部屋１０２天井１０３壁面１０４床１０５監視区域ｈ撮像部の高さ θ(θ_x，θ_y) 撮像部の設置角度(傾き角度)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G08B 17/02 - 17/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の視野角を有し、該視野角の範囲の
画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段の設置条件を入
力する設置条件入力手段と、前記撮像手段により撮像さ
れた画像データに基づき炎の検出に関する画像処理演算
を行なう演算手段とを有し、前記演算手段は、炎の検出
に関する画像処理演算において、前記撮像手段の視野角
と前記設置条件入力手段から入力された設置条件とを用
いることを特徴とする炎検出装置。
【請求項２】請求項１記載の炎検出装置において、前
記設置条件入力手段は、前記撮像手段の設置された高さ
と前記撮像手段の設置角度とを設置条件として入力する
ことを特徴とする炎検出装置。
【請求項３】請求項２記載の炎検出装置において、前
記設置条件入力手段は、前記撮像手段に取り付けられた
距離計と傾斜計とを有し、距離計により前記撮像手段の
床からの高さを測定し、傾斜計により前記撮像手段の設
置角度を測定して、演算手段に入力することを特徴とす
る炎検出装置。
【請求項４】請求項２記載の炎検出装置において、前
記設置条件入力手段は、前記撮像手段の高さおよび設置
角度をアナログ電圧として入力するための電圧調整手段
を有していることを特徴とする炎検出装置。
【請求項５】請求項２記載の炎検出装置において、前
記設置条件入力手段は、前記撮像手段の高さおよび設置
角度を所定ビット数のコードとして入力するためのデジ
タル入力手段を有していることを特徴とする炎検出装
置。
【請求項６】請求項１記載の炎検出装置において、前
記画像データは、前記撮像手段の解像度に依らずに、必
要に応じて、撮像手段の１画素を１画素として処理さ
れ、あるいは、撮像手段の複数の画素をまとめて１画素
として処理されるようになっていることを特徴とする炎
検出装置。
【請求項７】所定の視野角の範囲の画像を所定の撮像
手段により撮像した画像データに基づき、炎の検出に関
する画像処理演算を行なう炎検出方法であって、炎の検
出に関する画像処理演算において、前記撮像手段の視野
角と前記撮像手段の設置条件とを用いることを特徴とす
る炎検出方法。