JP3133387B2 - 画像処理を用いた炎の発熱量測定装置 - Google Patents

画像処理を用いた炎の発熱量測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炎のカラー画像を処理
することにより発熱量を演算して火災判断等に用いる画
像処理を用いた炎の発熱量検出装置に関する。
【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炎の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。
【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、炎のカラー画像を処理することによ
り炎の発熱量、即ち放射エネルギを直接演算できるよう
にした画像処理を用いた炎の発熱量測定装置を提供する
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、本発明の画像処
理を用いた炎の発熱量検出装置は、炎のカラー画像を撮
像するカラー撮像部10と、カラー撮像部の画像に含ま
れる輝度信号が所定レベルを越える範囲を炎領域として
検出する炎領域検出部28と、カラー撮像部10から得
られたG成分とR成分との比率(G/R)またはB成分
とR成分の比率(B/R)を演算する比率演算部22
と、比率演算部22で算出された比率を分布温度に変換
して1画素毎の分布温度Tを求める温度変換部24と、
炎領域検出部28で検出された炎領域に含まれる画素毎
に温度変換部24で得られた分布温度Tと1画素当りの
炎面積Sに基づいて発熱量Eを演算した総和を炎の発熱
量として演算する発熱量演算部32とを設けたことを特
徴とする。
【0006】ここで比率演算部22は、炎領域検出部2
8で検出された領域についてのみ比率を演算してもよ
い。また炎領域検出部28は、外乱光やノイズを取除く
ために最大輝度と平均輝度の略中間に閾値レベルを設定
し、この閾値レベルを越える領域を炎領域として検出す
る。
【0007】
【作用】本願発明者にあっては、炎のカラー画像におけ
るR成分とG成分との比率(G/R)またはB成分とR
成分との比率(B/R)と炎温度との間に対応関係があ
り、この比率を使っておのおの温度を求めることができ
ることを実験的に確認した。
【0008】そこで本発明の画像処理を用いた災の発熱
量測定装置にあっては、CCDカラーカメラ等で撮像し
たカラー画像の中の輝度信号が所定レベルを越える領域
を炎領域として検出し、カラー画像のG成分とR成分と
の比率(G/R)またはB成分とR成分との比率(B/
R)に基づいて画素毎に分布温度Tを求める。このよう
に炎領域とその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領域からの放射エネルギE、
即ち発熱量を算出することができる。そこで本発明で
は、炎領域の画素単位に求めた分布温度Tと1画素の炎
面積Sから発熱量を求め、これを炎領域の全画素につい
て累積加算することで炎の発熱量を正確に推定すること
ができる。
【0009】このように炎の発熱量そのものが推定でき
れば、火災であるか火災以外のエネルギ源であるかの判
断が適切にでき、火災監視に有効な手法を与えることが
できる。
【0010】
【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、10はカラー撮像部としての
CCDカラーカメラであり、例えばNTSC方式に従っ
たR、G、Bのカラー成分信号でなるカラー画像信号が
得られる。尚、CCDカラーカメラ10は実際の火災監
視に利用する場合には、監視区域全体を見渡せる位置に
設置されることになる。
【0011】CCDカラーカメラ10は所定のサンプリ
ング周期毎に撮影動作を行い、得られたカラー画像、即
ちRGB信号のそれぞれをA/D変換した後に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に書き込む。このメモリに書込む際の1
画面文のA/D変換のサンプリング数が1画面の画素数
を決める。
【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の画像から炎の分布温度を検出する
温度検出部として設けられている。即ち、比率演算部2
2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に示す変換特性図に従って画
素毎の分布温度Tを求めることができる。
【0013】具体的には図2に示す変換特性を備えた変
換テーブルが温度変換部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。図2の特性図は実験的に得られた
もので、横軸xを分布温度、縦軸yを比率(G/R)と
すると、特性曲線は次式で近似できる。 y=5.37×10-165 −1.78×10-124
+5.88×10-133 −4.76×10-62
2.68×10-2x−27.4 尚、図7に示す実験的に得られたB/R比の特性変換図
を用いて分布温度を求めても良い。
【0014】一方、炎領域検出部28はG成分フレーム
メモリ18に格納されたG成分のうちの規定の閾値レベ
ルを越える領域を炎領域として抽出する。炎領域を検出
するための閾値レベルとしては、外乱光やノイズを取除
くために最大輝度と平均輝度の中間レベル、例えば 閾値レベル=(最大輝度+平均輝度)/2 とする。
【0015】温度変換部24で求められた炎検出領域に
含まれる画素毎の分布温度Tは発熱量演算部32に与え
られ、炎領域における1画素当りの炎面積Sが予め判っ
ているとすると、ステファン・ボルツマンの法則に基づ
いて炎の発熱量Eが演算される。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=(π54 )/(15c23 ) [jm-2-1-4] S:炎の表面積 ε:放射率 ここでで放射率ε及びσは定数として扱う。
【0016】図3は炎領域検出部28でG成分フレーム
メモリ18の画像から抽出された炎領域48の一例を示
しており、この炎領域48内の斜線部の画素について、
温度変換部24で得られた分布温度を使用して前記
(1)式の(S×T4 )の積分演算を実行すればよい。
具体的には炎領域48の画素毎に求めた(S×T4 )の
画素毎に定数(ε×σ)を掛け合わせればよい。即ち、 として炎の発熱量を求める。但し、nは炎領域の画素数
である。
【0017】図4は本発明でカラー画像のG成分とR成
分の比率(G/R)と実際の分布温度との対応関係を裏
付ける実験データの一例である。図4のデータは、白熱
電球で照射した拡散板をCCDカラーカメラで撮影し、
画面垂直軸の100ライン、200ライン、300ライ
ン及び400ラインの各々の水平軸に示す画素数の各画
素毎の図2の特性図に従った換算値をプロットしたもの
で、2200Kの直線が放射温度計で測定した実際の表
面温度である。
【0018】この特性から明らかなように、比率(G/
R)から求めた換算分布温度の2200Kに対するばら
つきは、±50K以内に納まっており、十分に実用可能
である。図5は燃焼材料としてエタノールを使用し、炎
の大きさを決める容器直径を変えて燃焼させ、単位燃料
当りの発熱量が判っているので燃料減少量から求めた単
位時間当りの発熱量A[KW]と、放射率をε=1とし
て本発明の(G/R)比に基づく温度検出を使用して求
めた発熱量B[KW]の実験データを示しており、併せ
て炎を平面と考えた時の炎の輻射率εを ε=A/B として示している。従って、実験データから得られた輻
射率εとして例えばε=0.2を使用すれば、実際の発
熱量を画像処理によって求めることができる。
【0019】図6は燃焼材料をノーマルヘプタンとした
時の実験データを図5と同様に示している。
【0020】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、炎領域のG/R比またはB/R比から求めた温度を
使用して炎の発熱量を正確に推定することができ、この
発熱量を用いて例えば火災を監視すれば、非常に信頼性
の高い火災判断ができる。
【図面の簡単な説明】
【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
【図3】画像から抽出された炎領域を示した説明図
【図4】カラー画像から得られたG/R比率から求めた
分布温度と放射温度計による測定温度との対応を示した
説明図
【図5】エタノールを燃した際の燃料減少量から求めた
発熱量と本発明においてε=1として求めた発熱量との
データを対比して示した説明図
【図6】ノーマルヘプタンを燃した際の燃料減少量から
求めた発熱量と本発明においてε=1として求めた発熱
量とのデータを対比して示した説明図
【図7】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
【符号の説明】
10:CCDカラーカメラ(カラー撮像部) 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 28:炎領域検出部 32:放射エネルギ演算部
───────────────────────────────────────────────────── 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5−20564(JP,A) 小野隆、外3名、”火炎のゆらぎの周 波数による発熱量の推定”、日本大学理 工学部学術講演会論文集、平成2年、第 34巻、p.485 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 25/00 - 25/72 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炎のカラー画像を撮像するカラー撮像部
    と、 該撮像部の画像に含まれる輝度信号が所定レベルを越え
    る範囲を炎領域として検出する炎領域検出部と、 前記撮像部から得られたG成分とR成分との比率(G/
    R)またはB成分とR成分の比率(B/R)を演算する
    比率演算部と、 該比率演算部で算出された比率を分布温度に変換して1
    画素毎の分布温度Tを求める温度変換部と、 前記炎領域検出部で検出された炎領域に含まれる画素毎
    に前記温度変換部で得られた分布温度Tと1画素当りの
    炎面積Sに基づいて発熱量Eを演算した総和を炎の発熱
    量として演算する発熱量演算部とを設けたことを特徴と
    する画像処理を用いた炎の発熱量測定装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の画像処理を用いた炎の発熱
    量測定装置に於いて、 前記比率演算部は、前記炎領域検出部で検出された領域
    についてのみ比率を演算することを特徴とする画像処理
    を用いた炎の発熱量測定装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の画像処理を用いた炎の発熱
    量測定装置に於いて、 前記炎領域検出部は、最大輝度と平均輝度の略中間に閾
    値レベルを設定し、該閾値レベルを越える領域を炎領域
    として検出することを特徴とする画像処理を用いた炎の
    発熱量測定装置。
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