JP3161930B2

JP3161930B2 - 炎探知装置

Info

Publication number: JP3161930B2
Application number: JP04902795A
Authority: JP
Inventors: 秀幸近藤; 正男矢島
Original assignee: 株式会社三協精機製作所
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 2001-04-25
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JPH08223456A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火災の監視、消火シス
テムに用いられる炎探知装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、火災の監視、消火システムにおい
ては、オートフォーカス手段を有するＴＶカメラ（ＣＣ
Ｄカメラ）を用い、このカメラで所定の監視範囲内で炎
の監視を行っている。上記システムではカメラの合焦を
行うため、例えば、図１１に示すようにＣＣＤカメラか
らの映像信号から高周波成分を抽出し、光学系を近点か
ら遠点に向かって走査し、それにより得られた高周波成
分のピーク位置から合焦位置を検出するコントラスト検
出方法をとっている。この場合、図１２に示すように、
ＴＶ画像の中で高周波成分を抽出する範囲、即ち焦点を
合わせる被写体の合焦範囲（フォーカスエリア）は任意
に設定できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】コントラスト検出方法
により合焦をとると、停止している被写体に対しては精
度良く合焦するが、被写体が炎であると、図１３に示す
ように炎が揺らいだり、炎の輝度が刻々変化するので、
炎がフォーカスエリアからでてしまったりして炎に対し
て焦点が合わない。また、図１４（ａ）のようにコント
ラストの有る定常の被写体であれば高周波成分のピーク
値が得られるが、被写体がアルコールランプ炎のような
場合、（ｂ）のようになって検出精度が低下し、特に
（ｃ）のようになると、誤検出となり易いという問題が
ある。

【０００４】本発明の目的は合焦光学系の走査により得
られた上記映像信号のピーク値より合焦位置を検出する
コントラスト検出方法をとる炎探知装置における上記問
題の解決を図ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の炎探知装置は、合焦光学系を有する撮像光
学系と、該撮像光学系を通して所定の範囲を撮像して映
像信号を出力する撮像手段と、該撮像手段からの映像信
号より炎の位置を検出する位置検出手段と、前記合焦光
学系を駆動する合焦光学系駆動手段と、検出された炎の
位置における所定合焦範囲で前記合焦光学系を近点から
遠点まで走査し、該合焦光学系の走査に応答して各検出
ポイントで複数画面の映像信号の高周波成分を得てその
加算値又は加算平均値から合焦位置を検出して前記合焦
光学系駆動手段を制御する焦点調節手段と、前記検出さ
れた合焦位置より炎までの距離を検出する距離検出手段
と、を備えたことを要旨とする。

【０００６】

【作用】本発明の炎探知装置において、合焦光学系が走
査され、各検出ポイントで複数画面の映像信号の高周波
成分が抽出され、それらを加算し、平均化されて、その
ピーク値から焦点位置を検出し、焦点を合わせて炎の位
置を測定する。

【０００７】

【実施例】以下図面に示す本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の炎探知装置の一実施例の基本的構成を示
し、同図において、１は合焦光学系（及びズーム光学
系）を有する撮像光学系、２はこの撮像光学系を通して
所定の監視範囲を撮像するＣＣＤカメラ等から成る撮像
手段、３はこの撮像手段からの映像信号より炎の位置を
検出する位置検出手段、４は合焦光学系１を駆動する合
焦光学系駆動手段、５は検出された炎の位置における所
定合焦範囲で前記合焦光学系を近点から遠点まで走査
し、該合焦光学系の走査に応答して各検出ポイントで複
数画面の映像信号の高周波成分を得て、その加算平均値
から合焦位置を検出して前記合焦光学系駆動手段４を制
御する焦点調節手段、６は上記検出された合焦位置より
炎までの距離を検出する距離検出手段である。

【０００８】上述した各手段から成る本発明の炎探知装
置においては前述したように従来のコントラスト検出方
法では炎の確実な検出が困難である点に鑑み、合焦位置
検出のために下記の方法をとる。

【０００９】方法１図２（ａ），（ｂ）に示すように合焦光学系の遠点から
近点への走査に応答して、各検出ポイントにて複数の画
面の映像信号の高周波成分Ｈ₁〜Ｈ_Nを抽出し、演算手段
（ＣＰＵ）により各抽出高周波成分の加算平均値Ｓ₀〜
Ｓ_N+1をとり、メモリに記憶させ、その記憶データから
ＣＰＵがピーク値を得て合焦位置を検出する。なおＣＰ
Ｕによる加算、平均のルーチンで、その他適切なデータ
処理、例えば、加算平均値から異常値の排除等を行う。

【００１０】方法２図３に示すように各検出ポイントで順次複数画面の画像
（映像信号）を加算してから、高周波成分を抽出する。
この方法によると高速なオートフォーカス動作ができ
る。画像を順次複数画面加算するには、図４に示すよう
に、偶数フィールドメモリ、奇数フィールドメモリを用
意して、例えば、１／６０秒毎に映像信号のＡ／Ｄ変換
値をとって図５に示す手順で偶数フィールドメモリと、
奇数フィールドメモリに交互に上記Ａ／Ｄ変換値の書き
込み、読み出しを行い、偶数フィールドメモリと奇数フ
ィールドメモリの読み出し出力を加算して、偶数フィー
ルドと奇数フィールドの画像加算を行う。

【００１１】方法３図６に示すように各検出ポイントにて１フィールド毎の
映像信号の高周波成分を抽出し、この高周波成分をＮフ
ィールド分順次加算し、その加算された高周波成分より
焦点位置を検出する。

【００１２】図７は本発明の炎探知装置を応用した消火
システムの一例の監視機構部を示す。カラーＴＶカメラ
１１は電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いて構成される。こ
のＴＶカメラ１１はＣマウントアダプター１２を介して
撮像光学系１３が取り付けられ、ホルダー１４により取
り付け板１５上に取り付けられる。撮像光学系１３は合
焦光学系及びズーム光学系を有する光学系である。この
撮像光学系１３は距離環１６、ズームリング１７を有
し、ズームリング１７にズーム駆動ギヤ１８が取り付け
られる。距離環駆動ギヤ１９にはギヤ２０，２１を介し
てギヤードモータ２２と、ポテンショメータ２３が取り
付けられる。ズーム駆動ギヤ１８には、ギヤ２４，２５
を介してギヤードモータ２６ａ、ポテンショメータ２６
ｂが取り付けられる。距離環１６及びズームリング１７
はギヤードモータ２２，２６ａによって駆動され、夫々
の位置はポテンショメータ２３，２６ｂの抵抗値から検
出される。

【００１３】図８はこの消火システムの回路構成を示
す。オートフォーカス（ＡＦ）駆動部２７はギヤードモ
ータ２８及びポテンショメータ２９を用いて構成され、
ギヤードモータ２８は撮像光学系１３の合焦光学系を移
動させる。ポテンショメータ２９は撮像光学系１３の合
焦光学系と連動して抵抗値により、撮像光学系１３の合
焦光学系の位置を検出する。ＡＦモータ駆動回路３０は
ポテンショメータ２９の抵抗値を参照しながらギヤード
モータ２８を駆動して回転させる。また、ズームコント
ローラ３１はポテンショメータ２５ａからの抵抗値を参
照しながらギヤードモータ２３を駆動して回転させる。
ＴＶカメラ１１からの画像信号が自動合焦装置３２、ホ
ストシステム３３及びモニター３４に入力され、モニタ
ー３４がＴＶカメラ１１にて撮像された画像を表示す
る。また、消火ノズル３５は所定の監視範囲内の火災を
消火するためのものであり、水平回転駆動機構３６によ
り水平方向へ回転駆動されて垂直回転機構３７により垂
直方向に回転駆動される。水平回転駆動機構３６及び垂
直回転機構３７は駆動回路３８により駆動され、かつ消
火ノズル３５が駆動回路３８によりオン／オフ制御され
る。また、上記取り付け板１５は基台に回転自在に取り
付けられ、撮像系回転機構３９により水平方向及び垂直
方向に回転される。この撮像系回転機構３９は駆動回路
４０により駆動され、また監視員により火災消火後に操
作されるリセットスイッチ４１からのリセット信号がホ
ストシステム３３に入力される。

【００１４】ホストシステム３３は図９に示すようにＡ
／Ｄ変換部４２、２値化部４３、画像メモリ４４、炎検
出部４５及び制御部４６を有し、ＴＶカメラ１１からの
映像信号がＡ／Ｄ変換部４２によりＡ／Ｄ変換されて２
値化部４３にて所定の２値化レベルで２値化されること
によって炎の部分のみが白レベルとなる。この２値化部
４３からの映像信号は画素ごとに画像メモリ４４に格納
され、画像メモリ４４は２値化部４３から１画面分の画
像信号が出力される毎に記憶内容が新しい映像信号に書
き替えられる。炎検出部４５は画像メモリ４４に格納さ
れている映像信号における白レベルの画素数を計算して
その計算結果を予め記憶している比較値と比較し、計算
結果が比較値以上になった場合には白レベルの部分を炎
として検出する。このような炎検出部４５の動作は繰り
返して行われる。制御部４６はＡ／Ｄ変換部４２、２値
化部４３、画像メモリ４４、炎検出部４５を制御し、か
つ後述の処理を行う。

【００１５】自動合焦装置３２は、例えば、前記合焦位
置検出方法によるとして図１０に示すようにゲート回路
４７、検出域設定部４８、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）
４９、ＣＰＵ５０、Ａ／Ｄ変換器５１、メモリ５２等を
有し、前記合焦光学系を走査することにより得られたＴ
Ｖカメラ１１からの映像信号がゲート回路４７において
検出域設定部４８からの信号により各検出ポイントでの
各フィールドにおける特定の走査線部分が選択的に通過
する。このゲート回路４７からの各画面の映像信号はＨ
ＰＦ４９により高周波成分のみが順次取り出され、Ａ／
Ｄ変換器５１によってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換さ
れたデータは、ＣＰＵ５０により夫々の加算平均値が算
出されてメモリ５２に保持される。保持されたデータの
ピーク位置により合焦位置が検出され、この検出結果に
よりＡＦモータ駆動回路３０を制御して撮像光学系１３
の合焦光学系を合焦位置へ移動させることで焦点調節を
行う。

【００１６】ホストシステム３３における制御部４６は
初期状態においてはＴＶカメラ１１が所定の監視範囲の
全体を撮像するようにズームコントローラ３１を制御す
ることにより撮像光学系１３のズーム光学系の位置を制
御し、炎検出部４５の出力信号より監視範囲内で炎が発
生したか否かを繰り返して判断する。監視範囲内で炎が
発生すると、制御部４６はＴＶカメラ１１からの映像信
号を処理してＴＶカメラ１１の撮像面上における炎の位
置を後述のように検出し、この炎の位置に応じて駆動回
路４０を制御して炎がＴＶカメラ１１の撮像面の中心に
くるように撮像系駆動機構３９に取り付け板１５を水平
方向及び垂直方向へ回転させると共に、炎がＴＶカメラ
１１上で一定の大きさになるようにズームコントローラ
３４を制御して撮像光学系１３のズーム光学系の位置を
制御することにより炎の像を拡大させる。または、ズー
ム設定手段により予め設定された所定のズーム位置にな
るように制御し、炎の像を拡大させる。

【００１７】次に制御部４６は自動合焦装置３２に上述
のような焦点調節を行わせて炎にピントを合わせさせ、
初期状態における合焦光学系の位置に基づいてポテンシ
ョメータ２９により検出された合焦光学系の位置から炎
までの距離を測定する。したがって、炎は撮像面上の位
置と距離が測定され、立体的な位置が測定されることに
なる。そして、制御部４６は上記炎の位置及び炎までの
距離により消火ノズル３５からの水等の消火剤が炎に放
出されるように駆動回路３８を制御して消火ノズル３５
を水平方向及び垂直方向へ回転させる。次に、制御部４
６は駆動回路３８に消火ノズル３５をオンさせ、消火ノ
ズル３５から炎へ消火剤を放出させる。この結果、消火
ノズル３５からの水等の消火剤は炎の大小や遠近、監視
範囲の大小にかかわりなく炎に正確に照射されるように
なる。炎が消火された後には、監視員によりリセットス
イッチが押されてリセット信号が入力されると、駆動回
路３８に消火ノズル３５をオフさせてＴＶカメラ１１が
所定の監視範囲の全体を撮像するようにズームコントロ
ーラ３１を制御することにより初期状態に戻す。

【００１８】なお、上記消火システムにおける炎の検出
については、ホストシステム３３が予め初期状態におけ
るＡ／Ｄ変換部４２からの画像信号を画素毎に初期値メ
モリに格納しておき、その後Ａ／Ｄ変換部４２からの画
像信号を画素毎に炎メモリに繰り返して格納して初期値
メモリ内の画像信号と炎メモリ内の画像信号との差を画
素毎にとり、かつ監視区域内で温度センサにより色温度
を検出してこの温度センサからの信号と上記差から炎が
発生したか否かを判断するようにしてもよい。また、フ
ォーカスズームリングはステッピングモータとカウンタ
ーで構成された駆動回路で駆動してもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の炎探知装置
によれば、各検出ポイントにおいて複数画面の映像信号
の高周波成分を取り込んで焦点合わせを行うようにして
いるので、炎が揺らいだり、炎の輝度が刻々変化するよ
うなことがあっても、正確に炎の位置を測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の基本的構成を示すブロック
図である。

【図２】本発明における合焦位置検出方式（１）の説明
図である。

【図３】本発明における合焦位置検出方式（２）の説明
図である。

【図４】上記方式（２）のハード構成の概略説明図であ
る。

【図５】図４のハード構成の動作手順の説明図である。

【図６】本発明における合焦位置検出方式（３）の説明
図である。

【図７】本発明を応用した消炎システムの一例の監視機
構部を示す側面図である。

【図８】上記消火システムの回路構成を示すブロック図
である。

【図９】上記消火システムにおけるホストシステムの一
部を示すブロック図である。

【図１０】上記消火システムにおける自動合焦装置の一
部を示すブロック図である。

【図１１】従来の装置の動作説明図である。

【図１２】図１１の従来装置におけるフォーカスエリア
の設定方法の説明図である。

【図１３】図１１の従来装置の問題点の説明図である。

【図１４】図１１の従来装置の他の問題点の説明図であ
る。

【符号の説明】

１撮像光学系２撮像手段３位置検出手段４合焦光学系駆動手段５焦点調節手段６距離検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/232 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｎ 7/18 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ (56)参考文献特開昭63−107276（ＪＰ，Ａ) 特開平２−274180（ＪＰ，Ａ) 特開平１−268366（ＪＰ，Ａ) 特開平１−268571（ＪＰ，Ａ) 特開平４−208780（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/222 - 5/257 G02B 7/28 G03B 13/36 G03B 29/00 G08B 17/12 H04N 7/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】合焦光学系を有する撮像光学系と、該撮
像光学系を通して所定の範囲を撮像して映像信号を出力
する撮像手段と、該撮像手段からの映像信号より炎の位
置を検出する位置検出手段と、前記合焦光学系を駆動す
る合焦光学系駆動手段と、検出された炎の位置における
所定合焦範囲で前記合焦光学系を近点から遠点まで走査
し、該合焦光学系の走査に応答して各検出ポイントで複
数画面の映像信号の高周波成分を得てその加算値又は加
算平均値から合焦位置を検出して前記合焦光学系駆動手
段を制御する焦点調節手段と、前記検出された合焦位置
より炎までの距離を検出する距離検出手段と、を備えた
ことを特徴とする炎探知装置。