JP3067285B2 - 画像処理を用いた火災検出装置 - Google Patents
画像処理を用いた火災検出装置Info
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-
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- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
- G08B17/12—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions
- G08B17/125—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions by using a video camera to detect fire or smoke
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、監視区域の画像情報か
ら火源の放射エネルギを推定して火災を判断する画像を
用いた火災検出装置に関する。
ら火源の放射エネルギを推定して火災を判断する画像を
用いた火災検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、テレビカメラで警戒区域を監視
し、テレビカメラで捕えた画像情報から火災を検出する
装置にあっては、一般的に、画像の輝度信号を閾値と比
較し、輝度信号が閾値を越えた画像部分を火源と判断す
るようにしている。この輝度信号に基づく火源位置の検
出は、例えば特開平１−２６８５７２号の消火装置を制
御するための火源検出に使用されている。
し、テレビカメラで捕えた画像情報から火災を検出する
装置にあっては、一般的に、画像の輝度信号を閾値と比
較し、輝度信号が閾値を越えた画像部分を火源と判断す
るようにしている。この輝度信号に基づく火源位置の検
出は、例えば特開平１−２６８５７２号の消火装置を制
御するための火源検出に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
輝度信号のみに依存した火災検出にあっては、火災以外
の光、例えばヘッドライトや太陽光の反射光等によって
輝度信号が閾値レベルを越える場合があり、火災による
輝度信号の変化と火災以外の原因による輝度信号の変化
を正確に区別することが困難であり、画像を用いた火災
検出装置の信頼性が十分でないという問題があった。
輝度信号のみに依存した火災検出にあっては、火災以外
の光、例えばヘッドライトや太陽光の反射光等によって
輝度信号が閾値レベルを越える場合があり、火災による
輝度信号の変化と火災以外の原因による輝度信号の変化
を正確に区別することが困難であり、画像を用いた火災
検出装置の信頼性が十分でないという問題があった。
【０００４】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、監視画像の中の異常点からの放射エ
ネルギを推定することで火災か否かの判断が正確にでき
るようにした画像を用いた火災検出装置を提供すること
を目的とする。
てなされたもので、監視画像の中の異常点からの放射エ
ネルギを推定することで火災か否かの判断が正確にでき
るようにした画像を用いた火災検出装置を提供すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。尚、括弧内に実施例図面
中の対応する符号を併せて示す。即ち、本発明の画像を
用いた火災検出装置は、監視領域の画像を撮像する撮像
手段（１０又は４２）と、撮像手段（１０又は４２）で
把えた画像に含まれる炎１４の輪郭を抽出する炎輪郭抽
出手段（２８）と、少なくとも炎領域抽出手段（２８）
で抽出された炎領域の分布温度を検出する温度検出手段
（２２，２４又は４０，４６）と、火源までの距離を測
定する距離測定手段（１２，３０又は４４）と、炎輪郭
抽出手段（２８）で抽出された炎輪郭内の分布温度と火
源までの距離とに基づいて火源からの放射エネルギＥを
演算する放射エネルギ演算手段 （３２）と、放射エネ
ルギ演算手段（３２）で求められた火源のエネルギＥか
ら火災を判断する火災判断手段（３４）とを設けたこと
を特徴とする。
本発明は次のように構成する。尚、括弧内に実施例図面
中の対応する符号を併せて示す。即ち、本発明の画像を
用いた火災検出装置は、監視領域の画像を撮像する撮像
手段（１０又は４２）と、撮像手段（１０又は４２）で
把えた画像に含まれる炎１４の輪郭を抽出する炎輪郭抽
出手段（２８）と、少なくとも炎領域抽出手段（２８）
で抽出された炎領域の分布温度を検出する温度検出手段
（２２，２４又は４０，４６）と、火源までの距離を測
定する距離測定手段（１２，３０又は４４）と、炎輪郭
抽出手段（２８）で抽出された炎輪郭内の分布温度と火
源までの距離とに基づいて火源からの放射エネルギＥを
演算する放射エネルギ演算手段 （３２）と、放射エネ
ルギ演算手段（３２）で求められた火源のエネルギＥか
ら火災を判断する火災判断手段（３４）とを設けたこと
を特徴とする。
【０００６】ここで撮像手段はカラー画像を撮像し、温
度検出手段（２２，２４）は撮像手段で撮像したカラー
画像のＧ成分とＲ成分との比（Ｇ／Ｒ）またはＢ成分と
Ｒ成分との比（Ｂ／Ｒ）により分布温度への変換テーブ
ルを参照して炎の表面温度を画素毎に求める。また温度
検出手段の他の例としては、放射温度計の計測出力に基
づいて画像の分布温度を検出するようにしてもよい。
度検出手段（２２，２４）は撮像手段で撮像したカラー
画像のＧ成分とＲ成分との比（Ｇ／Ｒ）またはＢ成分と
Ｒ成分との比（Ｂ／Ｒ）により分布温度への変換テーブ
ルを参照して炎の表面温度を画素毎に求める。また温度
検出手段の他の例としては、放射温度計の計測出力に基
づいて画像の分布温度を検出するようにしてもよい。
【０００７】更に火災判断手段は、所定のサンプリング
周期毎に得られる放射エネルギと、サンプリング時点間
の放射エネルギの変化（推移）に基づいて火災を判断す
る。更に又、距離検出手段は撮像手段のもつオートフォ
ーカス機構のレンズ移動量または距離計により火源まで
の距離を測定する。
周期毎に得られる放射エネルギと、サンプリング時点間
の放射エネルギの変化（推移）に基づいて火災を判断す
る。更に又、距離検出手段は撮像手段のもつオートフォ
ーカス機構のレンズ移動量または距離計により火源まで
の距離を測定する。
【０００８】
【作用】このような構成を備えた本発明の画像を用いた
火災検出装置にあっては、カメラで撮像した画像の中の
輝度信号が所定レベルを越える画像の輪郭を炎の輪郭と
して抽出し、抽出した輪郭内の分布温度を求める。この
ように輪郭形状と分布温度が求まれば、ステファン・ボ
ルツマンの法則に基づいて炎輪郭内からの放射エネルギ
Ｅを算出することができる。更に画面上での炎の大きさ
は距離に応じて変化することから、火源までの距離を測
定して画面上の炎面積を実際の炎面積に補正し、炎から
放射されているエネルギ（発熱量）の大きさを推定す
る。
火災検出装置にあっては、カメラで撮像した画像の中の
輝度信号が所定レベルを越える画像の輪郭を炎の輪郭と
して抽出し、抽出した輪郭内の分布温度を求める。この
ように輪郭形状と分布温度が求まれば、ステファン・ボ
ルツマンの法則に基づいて炎輪郭内からの放射エネルギ
Ｅを算出することができる。更に画面上での炎の大きさ
は距離に応じて変化することから、火源までの距離を測
定して画面上の炎面積を実際の炎面積に補正し、炎から
放射されているエネルギ（発熱量）の大きさを推定す
る。
【０００９】このように炎からの放射エネルギが推定で
きれば、火災であるか火災以外のエネルギ源であるかの
判断が可能となり、更に、サンプリング毎の放射エネル
ギの変化、即ち推移を併せて見ることで火災か否かを正
確に判断することができる。
きれば、火災であるか火災以外のエネルギ源であるかの
判断が可能となり、更に、サンプリング毎の放射エネル
ギの変化、即ち推移を併せて見ることで火災か否かを正
確に判断することができる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の第１実施例を示した実施例構
成図である。図１において、１０は撮像手段としてのＣ
ＣＤカラーカメラであり、オートフォーカス部１２が設
けられており、例えば監視区域全体を見渡せる位置に設
置している。尚、ＣＣＤカラーカメラ１０は必要に応じ
て監視区域を走査できるようにしてもよい。
成図である。図１において、１０は撮像手段としてのＣ
ＣＤカラーカメラであり、オートフォーカス部１２が設
けられており、例えば監視区域全体を見渡せる位置に設
置している。尚、ＣＣＤカラーカメラ１０は必要に応じ
て監視区域を走査できるようにしてもよい。
【００１１】ＣＣＤカラーカメラ１０は所定のサンプリ
ング周期毎に監視区域を撮像して得られたカラー画像を
ＲＧＢ及び輝度信号のそれぞれ毎にＲ成分フレームメモ
リ１６、Ｇフレームメモリ１８、Ｂ成分フレームメモリ
２０及び輝度成分フレームメモリ２６に書き込まれる。
このメモリ書込に先立ってＡ／Ｄ変換が行われるが、Ａ
／Ｄ変換のサンプリング周波数によって１画面を構成す
る画素数が決められる。
ング周期毎に監視区域を撮像して得られたカラー画像を
ＲＧＢ及び輝度信号のそれぞれ毎にＲ成分フレームメモ
リ１６、Ｇフレームメモリ１８、Ｂ成分フレームメモリ
２０及び輝度成分フレームメモリ２６に書き込まれる。
このメモリ書込に先立ってＡ／Ｄ変換が行われるが、Ａ
／Ｄ変換のサンプリング周波数によって１画面を構成す
る画素数が決められる。
【００１２】比率演算部２２及び温度変換部２４はＣＣ
Ｄカラーカメラ１０の画像の分布温度を検出する温度検
出手段として設けられている。即ち、比率演算部２２に
あっては、Ｇ成分フレームメモリ１８とＲ成分フレーム
メモリ１６の読出しで得られた同一画素位置のＧ成分と
Ｒ成分の比Ｇ／Ｒを演算する。比率演算部２２で算出さ
れたＧ／Ｒ比から図２に示す実験的に得られた特性図に
従った変換テーブルを使用して画素毎の分布温度を求め
ることができる。
Ｄカラーカメラ１０の画像の分布温度を検出する温度検
出手段として設けられている。即ち、比率演算部２２に
あっては、Ｇ成分フレームメモリ１８とＲ成分フレーム
メモリ１６の読出しで得られた同一画素位置のＧ成分と
Ｒ成分の比Ｇ／Ｒを演算する。比率演算部２２で算出さ
れたＧ／Ｒ比から図２に示す実験的に得られた特性図に
従った変換テーブルを使用して画素毎の分布温度を求め
ることができる。
【００１３】図２に示す変換特性を備えた変換テーブル
は温度変換部２４に設けられており、比率演算部２２で
得られた比Ｇ／Ｒの値で変換テーブルをアクセスするこ
とで、図２の特性に従った分布温度を画素毎に求めるこ
とができる。尚、Ｂ成分とＲ成分との比（Ｂ／Ｒ）を演
算し、（Ｂ／Ｒ）比から図５に示す実験的に得られた特
性図に従った変換テーブルを使用して画素毎の分布温度
を求めるようにしても良い。
は温度変換部２４に設けられており、比率演算部２２で
得られた比Ｇ／Ｒの値で変換テーブルをアクセスするこ
とで、図２の特性に従った分布温度を画素毎に求めるこ
とができる。尚、Ｂ成分とＲ成分との比（Ｂ／Ｒ）を演
算し、（Ｂ／Ｒ）比から図５に示す実験的に得られた特
性図に従った変換テーブルを使用して画素毎の分布温度
を求めるようにしても良い。
【００１４】一方、輝度成分フレームメモリ２６に続い
ては炎輪郭抽出部２８が設けられる。炎輪郭抽出部２８
は輝度成分フレームメモリ２６に格納された輝度信号の
うち規定レベルを越える領域の輪郭を炎輪郭として抽出
する。更にＣＣＤカラーカメラ１０のオートフォーカス
部１２によるオートフォーカス制御で得られた撮像レン
ズの移動量を示す信号は距離検出装置３０に与えられ、
合焦位置までの距離、例えば炎１４までの距離を算出す
ることができる。
ては炎輪郭抽出部２８が設けられる。炎輪郭抽出部２８
は輝度成分フレームメモリ２６に格納された輝度信号の
うち規定レベルを越える領域の輪郭を炎輪郭として抽出
する。更にＣＣＤカラーカメラ１０のオートフォーカス
部１２によるオートフォーカス制御で得られた撮像レン
ズの移動量を示す信号は距離検出装置３０に与えられ、
合焦位置までの距離、例えば炎１４までの距離を算出す
ることができる。
【００１５】温度変換部２４で求められた温度、炎輪郭
抽出部２８で得られた輪郭情報及び距離検出装置３０で
検出された炎１４までの距離は放射エネルギ演算部３２
に与えられ、炎輪郭内の放射エネルギの推定演算が行な
われる。放射エネルギ演算部３２における演算はステフ
ァン・ボルツマンの法則に基づいて行なわれる。即ち、
ステファン・ボルツマンの法則は炎の温度をＴとすると
次式で与えられる。 Ｅ＝ε×σ×Ｓ×Ｔ4 ［ｗａｔｔ］ （１） 但し、σ＝（８π5 ｋ4 ）／（１５ｃ2 ｈ3 ） ［Ｊｍ-2ｓ-1ｋ-4］ Ｓ：炎の表面積 ε：放射率（輻射率） ここで放射率ε及びσは定数として扱う。尚、放射率ε
としては実験的から０．２程度の値を使用すればよい。
抽出部２８で得られた輪郭情報及び距離検出装置３０で
検出された炎１４までの距離は放射エネルギ演算部３２
に与えられ、炎輪郭内の放射エネルギの推定演算が行な
われる。放射エネルギ演算部３２における演算はステフ
ァン・ボルツマンの法則に基づいて行なわれる。即ち、
ステファン・ボルツマンの法則は炎の温度をＴとすると
次式で与えられる。 Ｅ＝ε×σ×Ｓ×Ｔ4 ［ｗａｔｔ］ （１） 但し、σ＝（８π5 ｋ4 ）／（１５ｃ2 ｈ3 ） ［Ｊｍ-2ｓ-1ｋ-4］ Ｓ：炎の表面積 ε：放射率（輻射率） ここで放射率ε及びσは定数として扱う。尚、放射率ε
としては実験的から０．２程度の値を使用すればよい。
【００１６】図３は炎輪郭抽出部２８で輝度メモリ２６
の画像から抽出された炎輪郭４８の一例を示している。
この炎輪郭４８内の斜線部の画素について、温度変換部
２４で得られた温度を使用して１画素の面積Ｓ及び画素
毎の温度Ｔを用いた （Ｓ×Ｔ4 ） の畳み込み積分演算を実行すればよい。
の画像から抽出された炎輪郭４８の一例を示している。
この炎輪郭４８内の斜線部の画素について、温度変換部
２４で得られた温度を使用して１画素の面積Ｓ及び画素
毎の温度Ｔを用いた （Ｓ×Ｔ4 ） の畳み込み積分演算を実行すればよい。
【００１７】具体的には、 を行えばよい。尚、ｎは炎輪郭内に含まれる画素数であ
る。
る。
【００１８】更に、前記（２）式の演算に使用される１
画素の面積Ｓは、距離検出装置３０からの検出距離を用
いて実際の炎上での面積に変換される。但し、炎面積は
炎を平面とみなした面積である。再び図１を参照する
に、放射エネルギ演算部３２で算出された炎輪郭内の放
射エネルギは火災判断部３４に与えられ、火災の有無が
判断される。火災判断部３４はサンプリング毎の放射エ
ネルギから火災を判断する第１判断部３６とサンプリン
グ時点間の放射エネルギの変化、即ち放射エネルギの推
移から火災を判断する第２判断部３８が設けられてい
る。
画素の面積Ｓは、距離検出装置３０からの検出距離を用
いて実際の炎上での面積に変換される。但し、炎面積は
炎を平面とみなした面積である。再び図１を参照する
に、放射エネルギ演算部３２で算出された炎輪郭内の放
射エネルギは火災判断部３４に与えられ、火災の有無が
判断される。火災判断部３４はサンプリング毎の放射エ
ネルギから火災を判断する第１判断部３６とサンプリン
グ時点間の放射エネルギの変化、即ち放射エネルギの推
移から火災を判断する第２判断部３８が設けられてい
る。
【００１９】例えば第１判断部３６には大小２つの閾値
レベルが設けられており、放射エネルギが大きい方の閾
値レベルを越えたときは直ちに火災と判断する。一方、
放射エネルギが低い方の閾値レベルを越えたが高い方の
閾値レベル未満であった場合には、第２判断部３８側で
サンプリング時点間の放射エネルギの変化をチェック
し、放射エネルギが増加する変化で且つ変化率が所定値
以上であれば火災と判断する。
レベルが設けられており、放射エネルギが大きい方の閾
値レベルを越えたときは直ちに火災と判断する。一方、
放射エネルギが低い方の閾値レベルを越えたが高い方の
閾値レベル未満であった場合には、第２判断部３８側で
サンプリング時点間の放射エネルギの変化をチェック
し、放射エネルギが増加する変化で且つ変化率が所定値
以上であれば火災と判断する。
【００２０】更に、第１判断部で高い方の閾値レベルを
越えて火災と判断する場合についても、第２判断部でサ
ンプリング時点間のエネルギ変化をチェックし、もし放
射エネルギが時間的にほとんど変化せずに一定であった
場合には監視区域に火災以外の定常的な炎があることか
ら火災とは判断しない。図４は本発明の第２実施例であ
り、この実施例にあっては、放射温度計４０で監視区域
の温度を検出して分布温度検出部４６に２次元的に格納
し、また炎までの距離検出についてもレーザ距離計等の
距離計４４を使用し、第１実施例のようにカラー画像の
成分比Ｇ／Ｒによる温度検出を必要としないことから、
モノクロテレビカメラ４２を使用して炎輪郭抽出部２８
で輝度信号から炎輪郭を検出するようにしている。放射
エネルギ演算部３２及び火災判断部３４については図１
の実施例と同じである。
越えて火災と判断する場合についても、第２判断部でサ
ンプリング時点間のエネルギ変化をチェックし、もし放
射エネルギが時間的にほとんど変化せずに一定であった
場合には監視区域に火災以外の定常的な炎があることか
ら火災とは判断しない。図４は本発明の第２実施例であ
り、この実施例にあっては、放射温度計４０で監視区域
の温度を検出して分布温度検出部４６に２次元的に格納
し、また炎までの距離検出についてもレーザ距離計等の
距離計４４を使用し、第１実施例のようにカラー画像の
成分比Ｇ／Ｒによる温度検出を必要としないことから、
モノクロテレビカメラ４２を使用して炎輪郭抽出部２８
で輝度信号から炎輪郭を検出するようにしている。放射
エネルギ演算部３２及び火災判断部３４については図１
の実施例と同じである。
【００２１】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、監視区域の画像情報の処理により一定の輝度レベル
をもつ部分を異常点として放射エネルギを推定して火災
か否か判断するため、監視区域の大きさや形状に影響さ
れることなく信頼性の高い火災判断ができる。
ば、監視区域の画像情報の処理により一定の輝度レベル
をもつ部分を異常点として放射エネルギを推定して火災
か否か判断するため、監視区域の大きさや形状に影響さ
れることなく信頼性の高い火災判断ができる。
【００２２】また、炎からの放射エネルギを直接検出し
て火災を判断するため、従来の煙や熱による火災検出に
比べ短時間で火災を判断することができる。更に、カメ
ラによる監視画像から火災を判断できるため、１台の装
置で監視できる区域を広くでき、カメラ側に監視区域の
スキャニング機構やズーミング機構を設ければ更に広い
範囲を監視することができる。
て火災を判断するため、従来の煙や熱による火災検出に
比べ短時間で火災を判断することができる。更に、カメ
ラによる監視画像から火災を判断できるため、１台の装
置で監視できる区域を広くでき、カメラ側に監視区域の
スキャニング機構やズーミング機構を設ければ更に広い
範囲を監視することができる。
【図１】本発明の第１実施例を示した実施例構成図
【図２】図１の実施例での温度検出に用いるＧ／Ｒ比と
分布温度の変換特性を示した特性図
分布温度の変換特性を示した特性図
【図３】図１の実施例における炎輪郭の抽出を示した説
明図
明図
【図４】本発明の第２実施例を示した実施例構成図
【図５】図１の実施例での温度検出に用いるＢ／Ｒ比と
分布温度の変換特性を示した特性図
分布温度の変換特性を示した特性図
１０：ＣＣＤカラーカメラ １２：オートフォーカス部 １４：炎 １６：Ｒ成分フレームメモリ １８：Ｇ成分フレームメモリ ２０：Ｂ成分フレームメモリ ２２：比率演算部 ２４：温度変換部 ２６：輝度成分フレームメモリ ２８：炎輪郭抽出部 ３０：距離検出装置 ３２：放射エネルギ演算部 ３４：火災判断部 ３６：第１判断部 ３８：第２判断部 ４０：放射温度計 ４２：モノクロテレビカメラ ４４：距離計 ４６：分布温度検出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 洌 東京都品川区上大崎２丁目10番43号 ホ ーチキ株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−273872（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−251298（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−114198（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G08B 17/02 - 17/12 H04N 7/18
Claims (5)
- 【請求項１】監視領域の画像を撮像する撮像手段と、該
撮像手段で把えた画像に含まれる輝度信号が所定レベル
を越える範囲を炎の輪郭として抽出する炎輪郭抽出手段
と、少なくとも前記炎領域抽出手段で抽出された炎輪郭
内の温度分布を検出する温度検出手段と、火源までの距
離を測定する距離測定手段と、前記炎輪郭抽出手段で抽
出された炎輪郭内の分布温度と火源までの距離とに基づ
いて火源からの放射エネルギを演算する放射エネルギ演
算手段と、該放射エネルギ演算手段で求められた火源の
放射エネルギに基づいて火災を判断する火災判断手段と
を設けたことを特徴とする画像処理を用いた火災検出装
置。 - 【請求項２】請求項１記載の画像処理を用いた火災検出
装置に於いて、 前記撮像手段はカラー画像を撮像し、前記温度検出手段
は前記撮像手段で撮像したカラー画像のＧ成分とＲ成分
との比（Ｇ／Ｒ）またはＢ成分とＲ成分との比（Ｂ／
Ｒ）により分布温度への変換テーブルを参照して炎の表
面温度を画素毎に求めることを特徴とする画像処理を用
いた火災検出装置。 - 【請求項３】請求項１記載の画像処理を用いた火災検出
装置に於いて、 前記火災判断手段は、所定のサンプリング周期毎に得ら
れる放射エネルギと、サンプリング時点間の放射エネル
ギの変化に基づいて火災を判断することを特徴とする画
像処理を用いた火災検出装置。 - 【請求項４】請求項１記載の画像処理を用いた火災検出
装置に於いて、 前記温度検出手段は、放射温度計の計測出力に基づいて
画像の分布温度を検出することを特徴とする画像処理を
用いた火災検出装置。 - 【請求項５】請求項１記載の画像処理を用いた火災検出
装置に於いて、 前記距離検出手段は、前記撮像手段のオートフォーカス
機構のレンズ移動量または距離計により火源までの距離
を測定することを特徴とする画像処理を用いた火災検出
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3172062A JP3067285B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 画像処理を用いた火災検出装置 |
| GB9214656A GB2257598B (en) | 1991-07-12 | 1992-07-10 | Surveillance monitor system using image processing |
| US07/911,506 US5289275A (en) | 1991-07-12 | 1992-07-10 | Surveillance monitor system using image processing for monitoring fires and thefts |
| DE4222920A DE4222920A1 (de) | 1991-07-12 | 1992-07-11 | Bildverarbeitung verwendendes ueberwachungsmonitorsystem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3172062A JP3067285B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 画像処理を用いた火災検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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