JP3215002B2

JP3215002B2 - 炎探知装置

Info

Publication number: JP3215002B2
Application number: JP04902895A
Authority: JP
Inventors: 秀幸近藤; 正男矢島
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: JPH08223457A

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１０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１１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１２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１３（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
位置における前記映像信号中の合焦を行う所定領域で前
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映像信号の高周波成
分が発生する領域を想定し、該領域内の前記映像信号の
単位面積当りの高周波成分のピーク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を用いて炎までの距離を検
出する距離検出手段と、を備えたことを要旨とする。

【０００６】本発明の装置において、前記焦点調節手段
は、映像信号の高周波成分を抽出し加算する加算手段
と、上記映像信号の低周波成分を抽出し２値化して得ら
れた白レベルのドットをカウントする領域カウント手段
と、上記加算手段からの加算値を領域カウント手段から
のカウント値で割算する手段と、を含むように構成して
いる。

【０００７】

【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、各検出ポイントで映像信号の高周波成分が抽出
され、それらを１画面分加算する。上記映像信号の低周
波成分を抽出し、２値化して得られた白レベルのドット
をカウントすることによりそのカウント値から高周波成
分が発生する領域を想定し、該領域内の単位面積当りの
高周波成分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。

【０００８】

【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映
像信号の高周波成分が発生する領域を想定し、該領域内
の単位面積当りの高周波成分のピーク値から合焦位置を
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。

【０００９】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。

【００１０】図２に示すように、合焦光学系の走査に応
答して各検出ポイントでの画像（映像信号）の中からあ
る程度、周波数の高い高周波成分を抽出し、１画面分を
加算し加算値（Ｂ）を得る。また周波数の低い低周波成
分を抽出し、所定の閾値で２値化する。そして２値化さ
れた白レベルのドット数をカウントしてカウント値
（Ｓ）を得る。このカウント値（Ｓ）は上記高周波成分
が発生するであろうと想定される領域を表わしている。
そこで加算値（Ｂ）をカウント値（Ｓ）で割算すること
によって、その領域内の単位面積当りの高周波成分が得
られるので、該高周波成分のピーク値から合焦位置を検
出できる。

【００１１】図３は上述した合焦位置検出方法を実施す
るための基本的回路構成で、６１はＡ／Ｄ変換回路、６
２は高周波成分検出回路、６３は高周波成分発生領域検
出回路、６４はＣＰＵ処理回路である。高周波成分検出
回路６２は、第１の微分回路６２ａ、加算回路６２ｂか
ら成り、第１の微分回路６２ａは、例えば、データ遅延
回路６２ａ−１、遅延量設定回路６２ａ−２、引算・絶
対値回路６２ａ−３から成る。

【００１２】高周波成分発生領域検出回路６３は、第２
の微分回路６３ａ、２値化回路６３ｂ及びカウンタ回路
６３ｃから成り、第２の微分回路は、例えば、データ遅
延回路６３ａ−１、遅延量設定回路６３ａ−２、引算・
絶対値回路６３ａ−３から成る。ＣＰＵ処理回路６４は
割算回路６４ａ及びピーク値処理回路６４ｂから成る。

【００１３】第１の微分回路６２ａにおいて、遅延量設
定回路６２ａ−２で設定される遅延量は小であり、従っ
て映像信号の周波数の高い高周波成分が抽出され、図４
に示す微分波形１のように合焦状態では大きな出力レベ
ルとなるが、ぼけた状態では、非常に低い出力レベルと
なる。

【００１４】また、第２の微分回路６３ａにおいて、遅
延量設定回路６３ａ−２で設定される遅延量は大であ
り、従って映像信号の周波数の低い低周波成分が抽出さ
れ、図４に示す微分波形２のように合焦状態では大きな
出力レベルとなるが、ぼけた状態でもある程度の出力レ
ベルが得られる。第１の微分回路６２ａの出力は加算回
路６２ａで加算され、加算値（Ｂ）が割算回路６４ａに
入力される。

【００１５】第２の微分回路６３ａの出力（微分波形
２）は２値化回路６３ｂで２値化され、図４に示す２値
波形の出力となり、カウンタ回路６３ｃに与えられる。
この２値波形出力は白レベルのドットをあらわしてお
り、これをカウントすることによって前記高周波成分が
含まれている画像の領域を想定できる。この領域は合焦
状態では広く、ぼけた状態では狭くなるが、前記高周波
成分が含まれている領域を想定するには充分なデータと
いえる。

【００１６】カウンタ回路６３ｃのカウント値（Ｓ）は
割算回路６４ａに与えられ、Ｂ／Ｓ、即ち、前記領域に
おける単位面積当りの高周波成分が算出され、ピーク値
処理回路６４ｂに加えられる。ピーク値処理回路６４ｂ
では上記単位面積当りの高周波成分を処理して図５に示
すようにそのピーク値を求めて、合焦位置を検出する。

【００１７】図６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。

【００１８】図７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。ギヤードモータ駆動回路３
０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３
２、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。

【００１９】ホストシステム３３は図８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。

【００２０】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９に示すようにゲート回路４
７、検出域設定部４８、図３に示す合焦位置検出回路４
９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ＴＶ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
号は合焦位置検出回路４９に入力され、前記単位面積当
りの高周波成分のピーク値が検出される。自動合焦装置
３２は上記ピーク値により合焦位置を検出し、この検出
結果によりギヤードモータ駆動回路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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】

【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ける画面の映像信号の単
位面積当りの高周波成分をピーク値を検出して焦点合わ
せを行うようにしているので、炎が揺らいだり、横方向
に移動する物体に対しても、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法の説明図であ
る。

【図３】本発明における合焦位置検出回路のブロック図
である。

【図４】上記合焦位置検出回路の動作説明用波形図であ
る。

【図５】映像信号の高周波成分と低周波成分の変化を示
す図である。

【図６】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７】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８】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９】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１０】従来の装置の動作説明図である。

【図１１】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１２】図１１の従来装置の問題点の説明図である。

【図１３】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 (56)参考文献特開昭63−107276（ＪＰ，Ａ) 特開平３−73682（ＪＰ，Ａ) 特開平６−319069（ＪＰ，Ａ) 特開平１−268571（ＪＰ，Ａ) 特開平２−274180（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/222 - 5/257 G06T 1/00 G08B 17/12

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
前記映像信号中の合焦を行う所定領域で前記合焦光学系
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映像信号の高周波成分が発生する
領域を想定し、該領域内の前記映像信号の単位面積当り
の高周波成分のピーク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
された合焦位置を用いて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。
【請求項２】前記焦点調節手段は、映像信号の高周波
成分を抽出し加算する加算手段と、上記映像信号の低周
波成分を抽出し２値化して得られた白レベルのドットを
カウントする領域カウント手段と、上記加算手段からの
加算値を領域カウント手段からのカウント値で割算する
手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の炎探
知装置。