JP3559343B2 - 分布計測データによる機器状態の監視方法および機器監視装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、遠隔非接触の計測機器により得られる２次元分布計測データを用いてプラント機器の状態監視を実施する方法、およびその方法を用いてプラント機器を監視する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラント機器の状態監視において、赤外線カメラによる機器表面温度分布の計測、レーザ振動計による機器表面振動強度分布の計測、複数マイクロフォンによる機器表面から発生する音響強度などの分布の計測データを用いることがある。これら遠隔非接触の計測においては、機器表面の温度、振動、または音響といった状態量の分布を計測点から見た平面上に投影した画像として得ることができる。これらの画像は、温度、振動、または、音響を対応する平面上の格子点の画素の値として作成される。
【０００３】
この種の画像は可視光の機器表面からの反射を表す一般の写真やテレビカメラによる可視画像とは異なり、人間の目で見て容易にどの測定結果がどの機器のどの部分に対応しているか理解し難い。これを対応づけるために、分布計測画像を計算機に入力し、計算機中に予め用意したプラント機器の空間形状モデルデータに対応させ、計測結果を機器の部位に対応させることが行なわれる。計測機器の設置位置と計測の方向が既知であれば、容易にこの対応処理が計算機で実施できる。
【０００４】
このような分布計測データによる機器状態の監視方法としては、特願平６−２０６９４５号に、分布計測データと３次元形状モデルによる表示結果を位置合わせし、かつ、対応づけて重ね合わせ表示し、点検すべき機器部分を指定し、指定に対応する計測データをマッピングし、異常の有無を判定する技術が示されている。
【０００５】
ところで、計測機器の設置位置と計測の方向が未知の場合は、分布計測画像と３次元形状モデルの２次元投影図とを位置合わせするために、計測機器の設置位置と計測の方向を求めるための処理が必要となる。分布計測画像が機器表面から反射した可視光の投影画像であれば、機器の面の境界の特徴からプラント機器の空間形状モデルデータの対応する点を複数特定することで、または、可視光による投影画像とプラント機器の空間形状モデルデータから計算される反射光量との相関を最大にすることで、視点位置、方向を求めることができるが、機器表面からの可視光の反射画像ではない分布計測画像の場合、このような方法を用いて計測機器の設置位置と計測の方向を求めることは難しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、設置位置と計測方向が未知の遠隔非接触の計測機器によって得られた温度、振動、または音響の分布計測画像データを用いて機器状態の監視を行う場合、この分布計測画像データにプラント機器の空間形状モデルデータを対応させるために、計測機器の設置位置と計測の方向を求める処理が必要であるが、この処理に従来の可視光の投影映像の視点と方向を求める方法をそのままでは利用できないという問題点がある。
【０００７】
本発明は、プラント機器の振動、温度または音響データを、ある点に設置した遠隔非接触の計測機器を用いてその点から観測される２次元分布計測画像データとして得た場合に、その視点位置および計測方向、すなわち、計測時の計測機器の空間座標および計測機器の向いている水平方向の角度と垂直方向の角度を求める方法、とくに、視点位置および計測方向を求めるために分布計測画像とプラント機器の空間形状モデルデータの投影図との一致の基準となる量を算出する方法を確立して、これにより分布計測画像とプラント機器の空間形状モデルデータとの位置合わせを容易にして、機器状態の把握・監視を行う方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の計測機器を用いて計測して得られる２次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、分布計測画像データの特徴量が計測値であり、プラント機器の空間形状モデルの投影画像の特徴量が機器または部品の投影領域であり、分布計測画像データにプラント機器の空間形状モデルの投影画像を対応させてこの投影画像の機器または部品の投影領域によって当該分布計測画像データの計測値をグループ分けし、このグループ分けによる計測値の級間分散を計算して、全分散に対する級間分散の比を類似度として用い、投影するプラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して分布計測画像データとの類似度が最大になるプラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を計測機器の位置および向きとして分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の計測機器を用いて計測して得られる２次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、分布計測画像データの特徴量と、プラント機器空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像の特徴量とを、それぞれ画像の水平方向および垂直方向に投影して得られる水平方向１次元分布および垂直方向１次元分布に基づいて、投影するプラント機器空間形状モデルに対する視点および角度を調整して水平方向１次元分布間の類似度および垂直方向１次元分布間の類似度がともに最大になるプラント機器空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を計測機器の位置および向きとして分布計測データをプラント機器空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする。
【００１３】
例えば、この監視方法において、分布計測画像データの特徴量としてこの分布計測データをエッジ抽出して得られる画像データを用い、プラント機器空間形状モデルの投影画像の特徴量として機器または部品表面の境界線である輪郭を示す投影画像を用いて、それぞれの特徴量の水平方向１次元分布および垂直方向１次元分布としてそれぞれ水平方向の特徴量値の和および垂直方向の特徴量値の和を用いる。
【００１４】
また本発明は、プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の計測機器を用いて計測して得られる２次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、分布計測画像データの特徴量と、プラント機器空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像の特徴量とに基づいて、選択された機器または部品の各々の投影画像に対して個々に類似度が最大になる分布計測画像データ中の部分領域を求めて各々の投影画像に対応する各々の部分領域とし、機器または部品の各々の投影画像の重心と、分布計測画像データ中の対応する各々の部分領域の重心とを各々の対応点とし、投影するプラント機器空間形状モデルに対する視点および角度を調整して分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するようなプラント機器空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を計測機器の位置および向きとして分布計測データをプラント機器空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする。
【００１５】
例えばこの監視方法において、分布計測画像データの特徴量としてこの分布計測データをエッジ抽出して得られる画像データを用い、前記投影画像の特徴量として選択された機器または部品表面の境界線である輪郭を示す投影画像を用いる。
【００１６】
また本発明は、プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の計測機器を用いて計測して得られる２次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、分布計測画像データの計測値と、プラント機器空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像の投影領域とに基づいて、分布計測画像データに選択された機器または部品の投影画像の１つを任意に対応させこの投影画像の投影領域に包含される領域とそれ以外とに分布計測画像データの計測値をグループ分けして計算される級間分散の全分散に対する比を類似度として、この類似度が最大になるグループ分けから当該投影画像に対応する分布計測画像データ中の部分領域を決定することにより、選択された機器または部品の各々の投影画像に対応する分布計測画像データ中の各々の部分領域を求め、選択された機器または部品の各々の投影画像の重心と、分布計測画像データ中の対応する各々の部分領域の重心とを各々の対応点とし、投影するプラント機器空間形状モデルに対する視点および角度を調整して分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するようなプラント機器空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を計測機器の位置および向きとして分布計測データをプラント機器空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の計測機器を用いて計測して得られる２次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、プラント機器空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像について周囲と面積の比を求め、分布計測画像データを計測値が所定値範囲か否かで２値化し、この２値化により形成される分布計測画像データ中の各々の閉領域について周囲と面積の比を求め、選択された機器または部品の各々の投影画像に対して周囲と面積の比が最も近い分布計測画像データ中の各々の閉領域を決定し、選択された機器または部品の各々の投影画像の重心と、分布計測画像データ中の対応する各々の閉領域の重心とを各々の対応点とし、投影するプラント機器空間形状モデルに対する視点および角度を調整して分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するようなプラント機器空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を計測機器の位置および向きとして分布計測データをプラント機器空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、分布計測画像データにプラント機器の空間形状モデルの投影画像を対応させてこの投影画像の機器または部品の投影領域によって当該分布計測画像データの計測値をグループ分けし、このグループ分けによる計測値の級間分散の全分散に対する比を計算し、投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して級間分散の全分散に対する比が最大になるプラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、
この投影画像の視点および角度を前記分布計測装置の位置および向きとして決定する分布計測画像データ位置合わせ手段と、
この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された分布計測装置の位置および向きに基づいて、プラント機器の空間形状モデルの機器または部品表面に分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段と、
このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する投影手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
また本発明の機器監視装置は、プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、分布計測画像データの特徴量と、前記プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像の特徴量とを、それぞれ画像の水平方向および垂直方向に投影して得られる水平方向１次元分布および垂直方向１次元分布に基づいて、投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記水平方向１次元分布間の類似度および垂直方向１次元分布間の類似度がともに最大になる前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を前記分布計測装置の位置および向きとして決定する分布計測画像データ位置合わせ手段と、
この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された前期分布計測装置の位置および向きに基づいて、前記プラント機器の空間形状モデルの機器または部品表面に前記分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段と、
このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する投影手段とを備えたことを特徴とする。
プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の計測機器を用いて計測して得られる2次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、分布計測画像データの特徴量と、プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像の特徴量とを、それぞれ画像の水平方向および垂直方向に投影して得られる水平方向1次元分布および垂直方向1次元分布に基づいて、投影するプラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記水平方向1次元分布間の類似度がともに最大になる前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を計測機器の位置および向きとして前記分布計測データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする。
【００２４】
例えば、この機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段において、分布計測画像データの特徴量としてこの分布計測データをエッジ抽出して得られる画像データを用い、プラント機器空間形状モデルの投影画像の特徴量として機器または部品表面の境界線である輪郭を示す投影画像を用いて、それぞれの特徴量の水平方向１次元分布および垂直方向１次元分布としてそれぞれ水平方向の特徴量値の和および垂直方向の特徴量値の和を用いる。
【００２５】
また本発明の機器監視装置は、プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、分布計測画像データの特徴量と、プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像の特徴量とに基づいて、選択された機器または部品の各々の投影画像に対して個々に類似度が最大になる分布計測画像データ中の部分領域を求めて各々の投影画像に対する各々の部分領域とし、機器または部品の各々の投影画像の重心と、前記分布計測画像データ中の対応する各々の部分領域の重心とを各々の対応点とし、投影するプラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するようなプラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を分布計測装置の位置および向きとして決定する分布計測画像データ位置合わせ手段と、この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された分布計測装置の位置および向きに基づいて、プラント機器の空間形状モデルの機器または部品表面に分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段と、このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する投影手段とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
例えば、この機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段において、分布計測画像データのとしてこの分布計測データをエッジ抽出して得られる画像データを用い、投影画像の特徴量として選択された機器または部品表面の境界線である輪郭を示す投影画像を用いる。
【００２７】
また本発明の機器監視装置は、プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、分布計測画像データの計測値と、プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像の投影領域とに基づいて、分布計測画像データに前記選択された機器または部品の投影画像の１つを任意に対応させこの投影画像の投影領域に包含される領域とそれ以外とに分布計測画像データの計測値をグループ分けして計算される級間分散の全分散に対する比を類似度として、この類似度が最大になる最大になるグループ分けから当該投影画像に対応する分布計測画像データ中の部分領域を決定することにより、選択された機器または部品の各々の投影画像に対応する分布計測画像データ中の各々の部分領域を求め、選択された機器または部品のおのおのの投影画像の重心と、分布計測画像データ中の対応する各々の部分領域の重心とを各々の対応点とし、投影するプラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するようなプラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を分布計測装置の位置および向きとして決定する分布計測画像データ位置合わせ手段と、この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された分布計測装置の位置および向きに基づいて、プラント機器の空間形状モデルの機器または部品表面に分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段と、このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する投影手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
また本発明の機器監視装置は、プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、プラント機器の空間形状モデル平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像について周囲と面積の比を求め、分布計測画像データを計測値が所定値範囲か否かで２値化し、この２値化により形成される分布計測画像データ中の各々の閉領域について周囲と面積の比を求め、選択された機器または部品の各々の投影画像に対して周囲と面積の比が最も近い分布計測画像データ中の各々の閉領域を決定し、選択された機器または部品の各々の投影画像の重心と、分布計測画像データ中の対応する各々の閉領域の重心とを各々の対応点とし、投影するプラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するようなプラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を分布計測装置の位置および向きとして決定する分布計測画像データ位置合わせ手段と、
この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された分布計測装置の位置および向きに基づいて、プラント機器の空間形状モデルの機器または部品表面に分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段と、
このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する投影手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
【作用】
本発明の機器状態の監視方法においては、計測により得られた分布計測画像データから特徴量を求める。他方、プラント機器空間形状モデルから、近似的な視点および見る角度により、平面に投影される画像を計算しその画像から特徴量を求める。両画像の求められた特徴量の類似度を求めて、この類似度を増加させるようにプラント機器形状モデル投影画像の近似的な視点および角度を調整することを繰り返し、類似度最大となる投影画像を求める。これにより、この投影画像の視点および角度を計測機位置および方向として、計測機により得られた分布計測画像データをプラント機器形状モデルに位置合わせすることができる。
【００３２】
上記分布計測画像データの特徴量として分布計測画像データをエッジ抽出して得られる画像データを用い、プラント機器空間形状モデルの特徴量としてこの形状モデルの機器または部品表面の境界線、すなわちワイアフレームを平面に投影表示した画像データを用いる場合上記分布計測画像データの特徴量として、例えば分布計測画像データを Ｓｏｂｅｌオペレータでエッジ抽出した画像データを生成し、一方分布計測画像データにプラント機器空間形状モデル投影画像を重ねたときワイアフレームを包含する分布計測画像データの画素を１、それ以外の画素を０とした画像データを生成して、両画像データの積率相関を求めることにより、この積率相関を類似度として計測機位置および方向と一致する視点および角度の投影画像を求めることができる。
【００３３】
また、上記分布計測画像データの特徴量として計測値を用い、プラント機器空間形状モデルの特徴量としてこの形状モデルの機器または部品の投影領域を用いて、プラント機器空間形状モデルの投影画像上に分布計測画像データの計測値を対応させて機器または部品の投影領域によって分布計測画像データの計測値をグループ分けし、このグループ分けによる計測値の級間分散を計算することにより、全分散に対する級間分散の比を類似度として、分布計測画像データとプラント機器空間形状モデル投影画像との一致する度合いを判断することができる。
【００３４】
なお、全分散Ｖａ と級間分散Ｖｃ は、分布計測画像データの画素ｉ、その計測値Ｘｉ とし、プラント機器空間形状モデルデータの投影図の機器ｇに含まれる画素位置に対応するすべてのｉの集合をｇで表し、集合ｇの要素数をＮｇ 、集合ｇ内のｉをｊとし、分布計測画像データの全画素数をＮとしたとき、全計測値の平均値Ｘ_ＡＶ
【数１】
Ｘ_ＡＶ＝（１／Ｎ）ΣＸｉ
により、全分散Ｖａ が
【数２】
Ｖａ ＝Σ（Ｘｉ−Ｘ_ＡＶ）^２
により求められる。また、全計測値の平均値Ｘ_ＡＶと集合ｇの計測値の平均（Ｘｇ）_ＡＶ
【数３】
（Ｘｇ）_ＡＶ＝（１／Ｎｇ）ΣＸｊ
から、級間分散Ｖｃ が
【数４】
Ｖｃ ＝ΣＮｇ（（Ｘｇ）_ＡＶ−Ｘ_ＡＶ）^２
により求められる。
【００３５】
さらに本発明の機器状態の監視方法においては、分布計測画像データから特徴量の水平方向１次元分布および垂直方向１次元分布を取りだし、プラント機器空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像からも特徴量の水平方向１次元分布および垂直方向１次元分布を取りだして、両画像からの特徴量の水平方向１次元分布に基づいて両画像の類似度を求め、さらに両画像からの特徴量の垂直方向１次元分布に基づいても両画像の類似度を求めて、両者の類似度がともに最大になる投影画像を求めることによって、分布計測画像データと視点および方向が一致する投影画像を決定することができる。
【００３６】
例えば、分布計測画像データの特徴量としてエッジ抽出した結果を用いて、この水平方向の和を水平方向１次元分布、垂直方向の和を垂直方向１次元分布とする。一方、プラント機器空間形状モデル投影画像の特徴量として機器または部品表面の境界線であるワイアフレームの投影画像を用い、この投影画像の特徴量の水平方向の和を水平方向１次元分布、垂直方向の和を垂直方向１次元分布とする。
【００３７】
また本発明の機器状態の監視方法においては、分布計測画像データの特徴量に対し、プラント機器の空間形状モデルデータから機器または部品を複数選択して各々の投影画像の特徴量との類似度が最大となる分布計測画像データの領域を対応する部分領域として求め、各機器／部品投影画像の重心と、分布計測画像データの対応する部分領域の重心とを対応点として、分布計測画像データと対応させたときこれらの対応点どうしがほぼ一致するような、例えば複数組の対応点間の距離の２乗和を最小にする投影画像を求めことにより、計測機位置および方向と一致する視点および角度の投影画像を求めることができる。
【００３８】
また、本発明の機器状態の監視方法においては、前述の選択された機器／部品の各々の投影画像に対応する分布計測画像データでの領域を決定するための類似度の算出を、分布計測画像データをエッジ抽出した画像データ、および機器／部品の各々の表面の境界を示すワイアフレーム投影画像を用いて行うことができる。
【００３９】
また、本発明の機器状態の監視方法においては、分布計測画像データの計測値と、選択された機器／部品の各々の投影画像の投影領域とに基づいて、分布計測画像データに選択された機器／部品の投影画像の１つを任意に対応させこの投影画像の投影領域に包含される領域とそれ以外とに分布計測画像データの計測値をグループ分けし、このグループ分けにより算出される級間分散の全分散に対する比を、選択された機器／部品の投影画像に対応する分布計測画像データでの領域を決定するための類似度として用いることができる。
【００４０】
また、本発明の機器状態の監視方法においては、分布計測画像データを計測値が所定値範囲か否かで２値化し、この２値化により形成される分布計測画像データ中の閉領域の各々の重心と、プラント機器空間形状モデルの投影画像中の複数選択された機器／部品の投影画像の各々の重心とから、両画像を重ねたとき互いに最も近い重心どうしを対応点として求めることにより、これらの対応点から分布計測画像データの計測機位置および方向が一致する視点および角度のプラント機器空間形状モデル投影画像を求めることができる。
【００４１】
また、本発明の機器状態の監視方法においては、分布計測画像データを計測値が所定値範囲か否かで２値化し、この２値化により形成される前記分布計測画像データ中の各々の閉領域の周囲と面積の比と、プラント機器空間形状モデルから複数選択された機器／部品の各々の投影画像の周囲と面積の比とを比較し、互いに周囲と面積の比が最も近いものをそれぞれ対応する領域とすることにより、これらの対応する領域の重心を対応点として分布計測画像データの計測機位置および方向が一致する視点および角度のプラント機器空間形状モデル投影画像を求めることができる。
【００４２】
また、本発明の機器監視装置において、分布計測画像データ位置合わせ手段は、プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、プラント機器空間形状モデルデータに基づいて上記したいずれかの方法を用いて分布計測装置の位置および向きを決定する。テクスチャマッピング手段は、この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された分布計測装置の位置および向きに基づいて、プラント機器空間形状モデルの機器または部品表面に分布計測画像データをテクスチャマッピングする。投影手段は、このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する。これにより、計測機位置および方向が未知の分布計測画像データでもプラント機器空間形状モデルに容易に位置合わせすることができ、かつ機器または部品表面にテクスチャマッピングして表示するため、機器状態を視覚的に容易に把握することができる。
【００４３】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００４４】
図１は、本発明にかかる機器監視装置の一実施例を示すもので、監視対象のプラント機器表面の温度、振動、または音響といった状態量の分布を計測する分布計測装置１と、分布計測装置１からの分布計測画像データと対応するプラント機器空間形状モデルによる投影図との位置合わせを行い、分布計測装置１の位置および向きを決定する分布計測画像データ位置合わせ手段２と、分布計測画像データ位置合わせ手段２によって決定された計測機位置および向きに基づいて、プラント機器の空間形状モデルの表面に分布計測装置１によって得られた分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段３と、テクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画する投影手段４と、投影手段４からの投影図を表示する画像表示装置５とで構成される。
【００４５】
上記構成において、分布計測装置１としては、例えば赤外線カメラ、レーザ振動計、複数のマイクロフォン等の計測機器が用いられる。
【００４６】
分布計測画像データ位置合わせ手段２は、分布計測装置１によって得られた分布画像データとあらかじめ作成されたプラント機器空間形状モデルに基づいて分布計測装置１の位置および向きを求めるもので、代表的な作用例を図２に示す。
【００４７】
図２において、分布計測画像データ位置合わせ手段２は、計測により得られた分布計測画像データから特徴量を求めるとともに、プラント機器空間形状モデルから、計測機位置および向きに対応する近似的な視点位置および向きにより平面に投影される画像を計算し、その投影画像から特徴量を求める。求められた両画像の特徴量からその類似度を計算し、この類似度を増加させるようにプラント機器空間形状モデルの投影画像の近似的な視点および向き（見る角度）を調整することを繰り返し、類似度最大となる視点および向きを求めてこれを計測機位置および方向として決定する。
【００４８】
図２に示す位置合わせ手段２の作用において、特徴量の類似度を求める処理方法をさらに説明する。
【００４９】
図３は、図２に示す作用の第１の処理例を示すもので、分布計測画像データの特徴量として計測値を用い、プラント機器空間形状モデルの投影画像の画素に計測値を対応させ、この空間形状モデルの投影画像上の画素が含まれる機器ごとにこれらの計測値をグループ化し、このグループによる計測値級間分散の計測値全分散に対する比を類似度として用いる方法を示している。
【００５０】
ここで、分布計測画像データの画素をｉ、その計測値をＸｉ とし、分布計測画像データの全画素数をＮとしたとき、全計測値の平均値Ｘ_ＡＶ
【数５】
Ｘ_ＡＶ＝（１／Ｎ）ΣＸｉ
により、全分散Ｖａ は
【数６】
Ｖａ ＝Σ（Ｘｉ−Ｘ_ＡＶ）^２
となる。
【００５１】
そして、プラント機器の空間形状モデルの投影画像内の機器ｇに含まれる画素位置に対応するすべてのｉの集合をｇで表し、集合ｇの要素数をＮｇ 、集合ｇ内のｉをｊとしたとき、集合ｇの計測値の平均（Ｘｇ）_ＡＶ
【数７】
（Ｘｇ）_ＡＶ＝（１／Ｎｇ）ΣＸｊ
により、級間分散Ｖｃ は
【数８】
Ｖｃ ＝ΣＮｇ（（Ｘｇ）_ＡＶ−Ｘ_ＡＶ）^２
となる。
【００５２】
さらにこの第１の処理例について、図４に示すような３つの立体をレーザ振動計で振動強度を分布計測する場合を想定して具体的に説明する。なお、これらの立体を一つずつプラント機器または部品とみなすものとする。
【００５３】
図４において、ｘ、ｙ、ｚ軸で示した座標系のプラント機器空間形状モデルのデータによりこれらのプラント機器と部品の形状モデルが作られているものとし、視点（ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ ）から、ｘｙ平面上のｘ軸に対する角度θ_ｖ およびｘｙ平面に対する角度ψ_ｖ の向きでスキャン式のレーザ振動計によって３つの立体で表される機器または部品の表面の振動の分布計測を行ったものとする。
【００５４】
説明を簡単にするために、正面やや右から図５のような、６×６の振動強度の分布計測画像データが得られ、画像化して表示した場合に図６のように見えると仮定する。なお、図５においてマス目内の数値は振動強度であり、機器表面の振動速度の絶対値の最大とする。また図６は、図５のマス目の値をハッチの濃さで表示したものである。
【００５５】
図５および図６の振動分布画像データに対して、プラント機器空間形状モデルの投影図を重ね合わせて機器または部品の投影される領域によりグループ分類し、その分類による計測値、この場合振動強度の級間分散と全分散との比を類似度として、振動分布画像との類似度を最大にするプラント機器空間形状モデルの投影図の視点、向きを振動分布データ計測時の計測機位置、向きの推定値として採用する。
【００５６】
ここで、図５に示す分布計測画像に図７（ａ）に示すプラント機器空間形状モデルの投影画像を図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように重ねた場合を考える。
【００５７】
分布計測画像の特徴量として計測値を用い、プラント機器空間形状モデルの投影画像の各部品の投影領域でグループ分けする。各分布画像の格子間の中央に重なるプラント機器空間形状モデルの投影画像の部品でグループ分けすることにする。四角錐の領域をＡ、直方体の領域をＢ、円柱の領域をＣ、背景領域をＤとして、図７（ｂ）に示すように分布画像データに空間形状モデルの投影画像を重ねた場合のグループ分類を図８に、また図７（ｃ）に示すように重ねた場合のグループ分類を図９に示す。
【００５８】
図５、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示す分布画像データの全分散は、すべてのマス目の計測値の偏差平方和で定義される。３６個のマス目のｉ番目の計測値をＸｉ とすると、平均値Ｘ_ＡＶは、式［数５］より
【数９】
Ｘ_ＡＶ＝（１／３６）ΣＸｉ ＝２
となり、全分散Ｖａ は、式［数６］、式［数９］より
【数１０】
Ｖａ ＝Σ（Ｘｉ−２）^２ ＝５６
となる。
【００５９】
図７（ｂ）の場合、図８に示すようにグループ分類されるため、Ａグループ、Ｂグループ、Ｃグループ、Ｄグループのそれぞれの計測値の個数をＮＡ 、ＮＢ 、ＮＣ 、ＮＤ とし、平均値を（ＸＡ）_ＡＶ、（ＸＢ）_ＡＶ、（Ｘｃ）_ＡＶ、（ＸＤ）_ＡＶとすると、［数３］より（ＸＡ）_ＡＶ＝８／３ 、（ＸＢ）_ＡＶ＝１７／６、（Ｘｃ）_ＡＶ＝２５／６、（ＸＤ）_ＡＶ＝２２／２１ となり、級間分散Ｖｃ は、［数８］より
【数１１】

となる。したがって、図７（ｂ）の場合の級間分散の全分散との比は約０．９４１ となる。
【００６０】
また、同様にして図７（ｃ）の場合は、図９に示すようにグループ分類され、その級間分散は約９．８６となり、級間分散の全分散との比は約０．１７６ となる。
【００６１】
グループ内のすべての計測値がグループの平均値に等しい場合、すなわち計測値がグループ分類に完全に依存する場合には級間分散と全分散は等しくなり、その比は１となる。一方、グループ分類に計測値が全く依存しない場合は、すべてのグループの平均値は等しくなり、級間分散は０となるため、級間分散の全分散との比は０となる。すなわち、級間分散の全分散との比はグループ分類が計測値をどの程度規定するかを表す指標となり、２画像間の類似度として用いた場合の視点の位置および向きの判断指標となる。上記の例では、図７（ｂ）の場合の方が投影画像の視点および向きが実際の計測機位置および向きに近いものと判断される。
【００６２】
このようにして、プラント機器空間形状モデルの視点（ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ ）、測定方向のｘ軸からのｘｙ平面向での角度θ_ｖ 、ｘｙ平面からの角度ψ_ｖ による計測機器の視野角に対応するプラント機器空間形状モデルの投影図が定まれば、前記方法による級間分散と全分散との比で定義された類似度が一意的に求められる。
【００６３】
類似度は視点と向き、ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ 、θ_ｖ 、ψ_ｖ の関数となるが、明示的な関数式では表せない。関数の値を最大にする方法は様々なアルゴリズムが知られているが、例えば、関数が解析的に記述されていない場合でも最大値を求めることができるシンプレックス法によって、ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ 、θ_ｖ 、ψ_ｖ を関数の変数として、類似度の値を最大とするｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ 、θ_ｖ 、ψ_ｖ を求め、その値を観測された分布計測画像データの視点、向きとする。
【００６４】
求まった分布計測画像データの視点、向きにより、プラント機器空間形状モデルの機器または部品と、分布計測画像データ中の領域との対応が定まり、すなわち、それらは各機器または部品の計測値、この場合は、振動強度である。
【００６５】
図７に示す例では、分布計測画像データの解像度が６×６と低いため、正確な計測機器の視点、向きは計算できないが、計算結果を求めることは可能であり、分布計測画像の６×６のマス目の大きさに投影される対象のプラント機器の位置での距離を最大の誤差として、この解像度の範囲の誤差を許容されれば妥当な結果となる。
【００６６】
図１０は、図２に示す作用の第２の処理例を示すもので、分布計測画像データの特徴量として、画像のエッジ抽出を行なった結果を用い、プラント機器空間形状モデルの投影画像の特徴量として、空間形状モデルデータの機器または部品表面の境界線すなわちワイアフレームを平面に投影表示した画像を計算して用いている。
【００６７】
この第２の処理例における画像のエッジ抽出は例えば Ｓｏｂｅｌオペレータを用いて行うことができる。
【００６８】
図１１は、図５に示す分布計測画像データを Ｓｏｂｅｌオペレータでエッジ抽出を行なった結果を示したものである。 Ｓｏｂｅｌオペレータは、画像のエッジを方向に関係なく抽出する演算子であり、各画素の周囲の３×３の領域の画素に対して、ＳｏｂｅｌオペレータのＸカーネルにより、直前の列の画素値に（−１，−２，−１）を、直後の列に（１，２，１）をそれぞれ乗じた値の総和の絶対値を結果とし、Ｙカーネルにより、直前の行の画素値に（−１，−２，−１）を、直後の行に（１，２，１）をそれぞれ乗じた値の総和の絶対値を結果とし、２つの結果を加えた値を画素値に置き換えることで、画像のエッジを強調する。
【００６９】
図１２は、プラント機器空間形状モデルデータを投影して機器または部品の輪郭が入るマス目を１、そうでないマス目を０とした場合を示すもので、図１１と図１２の積率相関を計算すると、約−０．０７６となる。この値を最大とするようなプラント機器空間形状モデルの視点、向きを、前述した級間分散と全分散との比で定義された類似度の場合と同様に求めることができる。この例では、分布計測画像データを簡単のために単純化し、解像度が非常に低いため、特徴量としてエッジ抽出した結果を用いても、視点、向きはうまく求まらないが、解像度を高くすることにより、良好な結果が得られる。
【００７０】
図１３は、図２に示す位置合わせ手段２の作用の変形例を示すもので、図２と異なる点は、分布計測画像データの特徴量とプラント機器の空間形状モデルデータから計算される特徴量とを、画素の水平方向および垂直方向に投影して１次元分布とした後に、両画像の水平方向および垂直方向の１次元分布の各類似度を計算し、この水平方向および垂直方向の類似度の両者を最大にするような視点および方向を求めることである。
【００７１】
図１４は、図１３に示す位置合わせ手段２の作用の一処理例を示すもので、分布計測画像データの特徴量として、画像のエッジ抽出結果を、プラント機器の空間形状モデルを平面に投影した得られる画像から計算される特徴量として、空間形状モデルデータの機器または部品表面の境界線すなわちワイアフレームを平面に投影表示した画像を用い、それぞれ画素の特徴量値の和によって水平方向および垂直方向に投影した特徴量間の類似度を計算し、この水平方向および垂直方向の類似度の両者を最大にするような視点および方向を求める。
【００７２】
このような方法では、２次元の分布計測画像の水平方向と垂直方向とで独立に位置合わせを実施することで、類似度計算の回数を減少させ、計算時間を短縮する効果がある。
【００７３】
図１５は、位置合わせ手段２の他の作用例を示すもので、分布計測画像データの特徴量に対し、機器または部品を複数選択してプラント機器の空間形状モデルデータから機器または部品の投影図の特徴量との類似度が最大となる分布計測画像データの領域を求め、各機器または部品の重心と、類似度が最大となる分布計測画像データの領域の重心とを対応点として、プラント機器の空間形状モデルデータの投影図と分布計測画像データ上での対応点間の距離の２乗和を最小にするプラント機器空間形状モデルの投影図の視点、向きを計測機位置および方向として求める。
【００７４】
この方法では、選択された機器または部品に対応する分布計測画像データ中の領域をそれぞれの特徴量に基づく類似度により決定することができる。また、対応する領域の重心どうしを対応点として、これらのを対応点間の距離の２乗和を最小にする投影画像を求めることで、計算量を削減し、計算時間の短縮の効果がある。
【００７５】
図１６は、図１５に示す作用の第１の処理例を示すもので、分布計測画像データの特徴量として、画像のエッジ抽出を行なった結果と、プラント機器の空間形状モデルデータの機器または部品の表面の境界の投影図を特徴量として用い、各々のプラント機器または部品に対して類似度が最大になる分布画像中の部分領域を求め、それぞれの重心を対応点としてプラント機器空間形状モデルの投影図と分布計測画像データ上での対応点間の距離の２乗和を最小にするプラント機器空間形状モデルの投影図の視点、向きを計測機位置および方向として求める。
【００７６】
図１７は、図１５に示す作用の第２の処理例を示すもので、分布計測画像データの特徴量として計測値を用い、プラント機器の空間形状モデルから選択された機器または部品を平面に投影した画像の近傍の領域を分布計測画像に重ね合わせて、分布計測画像データの計測値を機器または部品の領域に含まれるものとそうでないものとで２グループに分類し、このグループ化による級間分散と全分散の比を類似度としてこの類似度が最大となる分布計測画像データの領域を選択された機器または部品に対応する部分として求め、それぞれの重心を対応点としてこれらの対応点間の距離の２乗和を最小にするような投影画像の視点、向きを計測機位置および方向として決定する。
【００７７】
この処理方法について、前述したプラント機器の振動強度の分布計測データと同じデータを用いて説明する。
【００７８】
図１８に示すプラント機器に対して得られた図１９に示す６×６の振動強度の分布計測画像データにおいて、左から右へＸ、上から下へＹを格子間のマス目で１つずつ増加させる座標（Ｘ、Ｙ）を定義する。
【００７９】
ここで、図１８に示すプラント機器のうち直方体の部品とその近傍の投影図を分布計測画像の領域と対応させる場合を考える。図２０に示す４×４の直方体の部品とその近傍の投影図の左上端と図１９に示す分布計測画像の座標（Ｘ、Ｙ）の位置を重ね、図２０により分布計測値の部品領域内とそれ以外の領域でグループ分けし、それら２グループでの分布計測画像データの計測値の級間分散と全分散の比を求める。重ねる部分は図２０に示す４×４の１６マスであり、これら１６マスのうちの×印の６マスと○印の１０マスで重ねられた分布計測値を２グループに分類し、前述した方法と同様にして全分散と級間分散を計算することができる。図２０に示す４×４の投影図の左上端を重ねる図１９に示す分布計測画像上の座標（Ｘ、Ｙ）に対して級間分散の全分散との比は以下のようになる。
【００８０】
（Ｘ、Ｙ）；級間分散／全分散
（０、０）； ０．００５１３
（０、１）； ０．０００００
（０、２）； ０．９３７９８
（１、０）； ０．０４１０３
（１、１）； ０．１４５９４
（１、２）； ０．００３６０
（２、０）； ０．０１５３１
（２、１）； ０．００１１０
（２、２）； ０．０４１８６
ただし、上記座標（Ｘ、Ｙ）は、図１９において左上端の座標を（０、０）、右下端の座標を（６、６）としたものである。
【００８１】
上記したように、分布計測画像の座標（０、２）に図２０の投影図の左上端を重ねたときが最も類似度としての全分散に対する級間分散の比が大きい。すなわち、図２０の投影図の重心と、分布計測画像の対応する領域の重心とが対応点となる。
【００８２】
図２０の重心の機器表面でのプラント機器空間形状モデルデータにおける座標を（ｘ_ｓ 、ｙ_ｓ 、ｚ_ｓ ）とし、その投影図上の２次元座標を（Ｘ_ｐ 、Ｙ_ｐ ）とする。分布計測画像に対応する領域の重心（Ｘ_ｑ 、Ｙ_ｑ ）が前記で求まる。この例の場合は（２、４）である。図１９に（Ｘ_ｑ 、Ｙ_ｑ ）を、図２０に（ｘ_ｓ 、ｙ_ｓ 、ｚ_ｓ ）を示す。
【００８３】
このようにして、直方体部品だけでなく、四角錐部品と円柱部品についても、投影図重心と分布計測画像中の対応領域の重心が求められ、それぞれ対応点とし、３つの（Ｘ_ｐ 、Ｙ_ｐ ）と（Ｘ_ｑ 、Ｙ_ｑ ）との距離を最小化するような視点の位置を示す空間座標（ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ ）と向きを規定する水平方向の角度θ_ｖ および垂直方向の角度ψ_ｖ の５つパラメータのうち２つを固定すれば３つを求めることができる。
【００８４】
この例では部品は３つしか現れないが、部品が５つ以上選択できれば、５つのパラメータとも求めることができる。
【００８５】
このようにして、視点の位置および向きのパラメータ（ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ 、θ_ｖ 、ψ_ｖ ）に対して、ｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）番目の部品の対応点（ｘ_ｓｉ、ｙ_ｓｉ、ｚ_ｓｉ）の平面への投影で得られる投影図上の点（Ｘ_ｐｉ、Ｙ_ｐｉ）と分布計測画像上の対応点（Ｘ_ｑｉ、Ｙ_ｑｉ）の組がｎ組定まることになる。それぞれ（Ｘ_ｐｉ、Ｙ_ｐｉ）と（Ｘ_ｑｉ、Ｙ_ｑｉ）との距離のｉに関する二乗和Ｒ
【数１２】
Ｒ＝Σ｛（Ｘ_ｐｉ−Ｘ_ｑｉ）^２ ＋（Ｙ_ｐｉ−Ｙ_ｑｉ）^２ ｝
を最小にするように、（ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ 、θ_ｖ 、ψ_ｖ ）を求める。（Ｘ_ｐｉ、Ｙ_ｐｉ）は（ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ 、θ_ｖ 、ψ_ｖ ）の投影による関数として表すことができ、（Ｘ_ｑｉ、Ｙ_ｑｉ）が固定されれば、Ｒは（ｘ_ｖ ，ｙ_ｖ ，ｚ_ｖ ，θ_ｖ ，φ_ｖ ）の関数式で表すことができる。したがって、シンプレクス法、最急勾配法、ニュートン法などの方法で、距離の二乗和Ｒを最小とする（ｘ_ｖ ，ｙ_ｖ ，ｚ_ｖ ，θ_ｖ ，ψ_ｖ ）を求めることができる。
【００８６】
対応点（ｘ_ｓｉ、ｙ_ｓｉ、ｚ_ｓｉ）を定めるための、プラント機器または部品の投影図と分布計測画像データ領域との類似度最大による対応関係は、視点と向き（ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ 、θ_ｖ 、ψ_ｖ ）によってわずかに異なる。このため、距離の二乗和Ｒを最小とする視点のパラメータ（ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ 、θ_ｖ 、ψ_ｖ ）が一旦求まっても、求まった視点によるプラント機器または部品の投影図と分布計測画像データ領域の類似度最大となる対応を求め直して、また、同様の手続きを繰り返す必要がある。距離の二乗和Ｒまたは視点のパラメータ（ｘ_ｖ 、ｙ_ｖ 、ｚ_ｖ 、θ_ｖ 、ψ_ｖ ）がこの繰り返しによって収束すれば、その視点、向きを分布計測画像データの計測機器の位置および向きとして定める。
【００８７】
図２１は、図１７に示す第２の処理例の変形例を示すもので、第２の処理例と異なる点は、分布計測画像データの特徴量として、計測値がある値の範囲の画素とそうでない画素とに２値化した結果を用い、２値化された画像の閉領域の重心の座標とプラント機器の空間形状モデルデータの選択されたプラント機器または部品を平面に投影した画像の各々の重心の座標とから、両画像を重ね合わせた場合に互いに最も近い重心座標間の距離の和または二乗和が最小になるものを対応点とすることである。
【００８８】
この場合の計算例を前述と同じプラント機器の分布計測画像データを用いて説明する。
【００８９】
図５に示す分布計測画像データの計測値を １．５未満と １．５以上の値で分け、２値化して得られた図形の閉領域の重心を求める。図２２は、２値化して １．５未満を０、 １．５以上を１とし、閉領域の重心を求めた結果を示す。図２３は、プラント機器空間形状モデルの投影図例とこの投影図中の各機器または部品の重心を示す。図２２の２値化した分布計測画像に図２３の投影図を重ねた状態を図２４に示す。図２４で、最も近い両図の重心点同士を選ぶと、Ｑ１ とＰ１ 、Ｑ２ とＰ２ 、Ｑ３ とＰ３ となり、これらをそれぞれ対応点として、図１７に示す第２の処理例で説明した手順と同様に分布計測画像データの計測機位置および向きを求める。
【００９０】
図２５は、図１７に示す第２の処理例のさらに他の変形例を示すもので、分布計測画像データの特徴量として計測値がある値の範囲の画素とそうでない画素とに２値化しその画像の閉領域の周囲／面積の比を特徴量とし、プラント機器の空間形状モデルの選択されたプラント機器または部品の投影図の周囲／面積の比を求め、分布計測画像データの閉領域とプラント機器の空間形状モデルの選択されたプラント機器または部品の投影図とで、周囲／面積の比が最も近いものを対応させ、それぞれの重心を対応点として以下同様にして分布計測画像データの計測機位置および向きを求めるものである。
【００９１】
図２６は、図１に示す機器監視装置の作用を示すもので、この図に示すように、分布計測装置１により監視対象のプラント機器表面の温度、振動、または音響といった状態量の分布計測が行われ、分布計測画像データが作成されると、分布計測画像データ位置合わせ手段２により、前述した手順に従って測定対象のプラント機器空間形状モデルを投影する視点位置および向きを算出する。ついで、テクスチャマッピング手段３により、分布計測画像データ位置合わせ手段２で求められた視点位置および向きを用いて分布計測装置１からの分布計測画像データをプラント機器空間形状モデルの機器表面にテクスチャマッピングし、投影手段４により、テクスチヤマッピングされたプラント機器空間形状モデルデータを２次元平面に投影した後、得られた投影図を画像表示装置５に表示する。
【００９２】
図２７は、図１に示す機器監視装置の具体的な機器構成例を示すもので、ここでは分布計測装置１としてスキャン式レーザ振動計１１が用いられ、画像表示装置５としてＣＲＴ表示装置１２が用いられている。そして、分布計測画像データ位置合わせ手段２、テクスチャマッピング手段３および投影手段４は計算機１３によって実現され、それぞれ分布計測画像データ位置合わせプログラム１４、テクスチャマッピングプログラム１５および３次元ＣＡＤ（３Ｄ−ＣＡＤ）表示プログラム１６が対応して設定されている。
【００９３】
この例では、プラント機器空間形状モデルとして、プラント設計時に機器の空間配置を設計するために作成されるプラント３次元ＣＡＤデータが利用されている。プラント３次元ＣＡＤはプラント設計時にプラントの３次元配置を確認する手段として用いられ、作成したデータは各プラント機器の形状モデルとして利用することができる。
【００９４】
分布計測画像データ位置合わせプログラム１４は、計測した振動強度の分布計測画像に対し、計測位置、向きを計算し、テクスチャマッピングプログラム１５は分布計測画像を位置合わせによる対応機器表面に投影し、機器表面のテクスチャとして記憶する。３次元ＣＡＤ表示プログラム１６は、計測機器の位置、向きに関係なく、ユーザの指定した視点でのプラント機器空間形状を平面に投影した図を描画する。この描画の際に、３次元ＣＡＤデータに本来記憶されていた機器表面のテクスチャでなく、記憶した分布計測画像をテクスチャとして用い、プラント機器の表面をした描画する。図２８に３次元ＣＡＤデータに本来記憶されていた機器表面のテクスチャで光源を仮定して描画を行った例を示し、図２９に分布計測画像をテクスチャマッピングして、そのテクスチャで投影図を表示した場合の例を示す。図２９は、網掛け模様を３レベルとし、網掛けの密度が高いほど強い振動が計測されたものとした。背景はテクスチャマッピングを行わず、何も表示しない。
【００９５】
このように構成された機器監視装置においては、スキャン式のレーザ振動計１１からの振動強度の分布計測画像データが計算機１３に入力されると、計算機１３は、分布計測画像データ位置合わせプログラム１４、テクスチャマッピングプログラム１５、および、３次元ＣＡＤ表示プログラム１６により、図２９に示すような振動強度の分布計測画像データをテクスチャマッピングしたプラント機器空間形状の投影図をＣＲＴ表示装置１２に表示する。
【００９６】
以上の説明からも明らかなように、上記実施例によれば、計測機器の位置および向きが未知の場合でも、分布計測画像データをプラント機器空間形状モデルの機器表面にテクスチャマッピングして表示装置に表示することができ、運転員は分布計測画像データを機器または部品に対応づけて容易に監視することができ、機器の早期異常検出等に効果がある。
【００９７】
また、異なる分布計測装置による同じ部分の計測結果を対応づけて監視することも容易となり、機器の早期異常検出等のいっそうの効果を期待することができる。
【００９８】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、計測機器の位置および向きが未知の分布計測画像データを測定対象のプラント機器空間形状モデルの投影画像に自動的に位置合わせすることができ、分布計測画像データを機器表面にテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルを表示装置に表示することにより、分布計測画像データによる機器状態の監視を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の機器監視装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示す機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段２の作用を示すフロー図である。
【図３】図１に示す機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段２の作用を示すフロー図である。
【図４】測定対象のプラント機器および部品を模擬した立体の配置、および、視点と向きを示す図である。
【図５】計測値からなる分布計測画像データの一例を示す図である。
【図６】図５に示す分布計測画像データを画像化した場合の表示例を示す図である。
【図７】プラント機器および部品の投影図、およびこのプラント機器および部品の投影図を分布計測画像データに重ねた例を示す図である。
【図８】プラント機器および部品投影図による分布計測画像データの計測値のグループ分けの例を示す図である。
【図９】プラント機器および部品投影図による分布計測画像データの計測値のグループ分けの例を示す図である。
【図１０】図１に示す機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段２の作用を示すフロー図である。
【図１１】分布計測画像データのエッジ抽出結果の例を示す図である。
【図１２】プラント機器または部品の投影領域の境界の例を示す図である。
【図１３】図１に示す機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段２の作用を示すフロー図である。
【図１４】図１に示す機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段２の作用を示すフロー図である。
【図１５】図１に示す機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段２の作用を示すフロー図である。
【図１６】図１に示す機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段２の作用を示すフロー図である。
【図１７】図１に示す機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段２の作用を示すフロー図である。
【図１８】投影図の重心が対応するプラント機器または部品表面上の空間位置を示す図である。
【図１９】分布計測画像で類似度最大となる領域の重心を示す図である。
【図２０】１つのプラント機器または部品投影図による領域のグループ分けを示す図である。
【図２１】図１に示す機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段２の作用を示すフロー図である。
【図２２】２値化された分布計測画像データと２値化により得られた各領域と各領域の重心位置を示す図である。
【図２３】プラント機器空間形状モデルの投影図と各機器または部品投影画像の重心を示す図である。
【図２４】図２２と図２３を重ね合わせた図である。
【図２５】図１に示す機器監視装置の分布計測画像データ位置合わせ手段２の作用を示すフロー図である。
【図２６】図１に示す機器監視装置の作用を示すフロー図である。
【図２７】図１に示す機器監視装置の機器構成例を示すブロック図である。
【図２８】３次元ＣＡＤデータの本来の機器表面のテクスチャでの投影図表示例を示す図である。
【図２９】３次元ＣＡＤデータに分布計測画像データをテクスチャマッピングした状態での投影図表示例を示す図である。
【符号の説明】
１………分布計測装置
２………分布計測画像データ位置合わせ手段
３………テクスチャマッピング手段
４………投影手段
５………画像表示装置

Claims (14)

1. プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の計測機器を用いて計測して得られる２次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、
   前記分布計測画像データの特徴量が計測値であり、前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像の特徴量が機器または部品の投影領域であり、前記分布計測画像データに前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を対応させてこの投影画像の機器または部品の投影領域によって当該分布計測画像データの計測値をグループ分けし、このグループ分けによる計測値の級間分散を計算して、全分散に対する級間分散の比を類似度として用い、投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記分布計測画像データとの前記類似度が最大になる前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、
   この投影画像の視点および角度を前記計測機器の位置および向きとして前記分布計測画像データを前記プラント機器の空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする分布計測データによる機器状態の監視方法。
2. プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の計測機器を用いて計測して得られる2次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、
   前記分布計測画像データの特徴量と、前記プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像の特徴量とを、それぞれ画像の水平方向および垂直方向に投影して得られる水平方向1次元分布および垂直方向1次元分布に基づいて、
   投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記水平方向1次元分布間の類似度がともに最大になる前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、
   この投影画像の視点および角度を前記計測機器の位置および向きとして前記分布計測データを前記プラント機器の空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする分布計測データによる機器状態の監視方法。
3. 請求項２に記載の監視方法において、前記分布計測画像データの特徴量がこの分布計測データをエッジ抽出して得られる画像データであり、前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像の特徴量が機器または部品表面の境界線である輪郭を示す投影画像であり、それぞれの特徴量の水平方向1次元分布および垂直方向1次元分布がそれぞれ水平方向の特徴量の和および垂直方向の特徴量の和によって得られることを特徴とする分布計測データによる機器状態の監視方法。
4. プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の計測機器を用いて計測して得られる2次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、
   前記分布計測画像データの特徴量と、前記プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像の特徴量とに基づいて、前記選択された機器または部品の各々の投影画像に対して個々に類似度が最大になる前記分布計測画像データ中の部分領域を求めて各々の投影画像に対応する各々の部分領域とし、
   前記機器または部品の各々の投影画像の重心と、前記分布計測画像データ中の対応する各々の部分領域の重心とを各々の対応点とし、
   投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するような前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を前記計測機器の位置および向きとして前記分布計測データを前記プラント機器の空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする分布計測データによる機器状態の監視方法。
5. 請求項４に記載の監視方法において、前記分布計測画像データの特徴量がこの分布計測データをエッジ抽出して得られる画像データであり、前記投影画像の特徴量が選択された機器または部品表面の境界線である輪郭を示す投影画像であることを特徴とする分布計測データによる機器状態の監視方法。
6. プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の測定機器を用いて計測して得られる2次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、
   前記分布計測画像データの計測値と、前記プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像の投影領域とに基づいて、前記分布計測画像データに前記選択された機器または部品の投影画像の１つを任意に対応させこの投影画像の投影領域に包含された領域とそれ以外とに前記分布計測画像データの計測値をグループ分けして計算される級間分散の全分散に対する比を類似度として、この類似度が最大になるグループ分けから当該投影画像に対応する前記分布計測画像データ中の部分領域を決定することにより、前記選択された機器または部品の各々の投影画像に対応する前記分布計測画像データ中の各々の部分領域を求め、
   前記選択された機器または部品の各々の投影画像の重心と、前記分布計測画像データ中の対応する各々の部分領域の重心とを各々の対応点とし、
   投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するような前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、
   この投影画像の視点および角度を前記計測器の位置および向きとして前記分布計測データを前記プラント機器の空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする分布計測データによる機器状態の監視方法。
7. プラントに設置されている機器の状態量をある点から遠隔非接触の計測機器を用いて計測して得られる２次元分布計測画像データをプラント機器の空間形状モデルに位置合わせし、重ね合わせて表示する分布計測データによる機器状態の監視方法において、
   前記プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像について周囲と面積の比を求め、
   前記分布計測画像データを計測値が所定値範囲か否かで２値化し、この２値化により形成される前記分布計測画像データ中の各々の閉領域について周囲と面積の比を求め、
   前記選択された機器または部品の各々の投影画像に対して前記周囲と面積の比が最も近い前記分布計測画像データ中の各々の閉領域を決定し、
   前記選択された機器または部品の各々の投影画像の重心と、前記分布計測画像データ中の対応する各々の閉領域の重心とを各々の対応点とし、
   投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するような前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、
   この投影画像の視点および角度を前記計測機器の位置および向きとして前記分布計測データを前記プラント機器の空間形状モデルに位置合わせすることを特徴とする分布計測データによる機器状態の監視方法。
8. プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、前記分布計測画像データに前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を対応させてこの投影画像の機器または部品の投影領域によって当該分布計測画像データの計測値をグループ分けし、このグループ分けによる計測値の級間分散の全分散に対する比を計算し、投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記級間分散の全分散に対する比が最大になる前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、
   この投影画像の視点および角度を前記分布計測装置の位置および向きとして決定する分布計測画像データ位置合わせ手段と、
   この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された前期分布計測装置の位置および向きに基づいて、前記プラント機器の空間形状モデルの機器または部品表面に前記分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段と、
   このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する投影手段とを備えたことを特徴とする機器監視装置。
9. プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、前記分布計測画像データの特徴量と、前記プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像の特徴量とを、それぞれ画像の水平方向および垂直方向に投影して得られる水平方向１次元分布および垂直方向１次元分布に基づいて、投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記水平方向１次元分布間の類似度および垂直方向１次元分布間の類似度がともに最大になる前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を前記分布計測装置の位置および向きとして決定する分布計測画像データ位置合わせ手段と、
   この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された前期分布計測装置の位置および向きに基づいて、前記プラント機器の空間形状モデルの機器または部品表面に前記分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段と、
   このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する投影手段とを備えたことを特徴とする機器監視装置。
10. 請求項９に記載の装置において、前記分布計測画像データの特徴量がこの分布計測画像データをエッジ抽出して得られる画像データであり、前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像の特徴量が機器または部品表面の境界線である輪郭を示す投影画像であり、それぞれの特徴量の水平方向１次元分布および垂直方向１次元分布がそれぞれ水平方向の特徴量の和および垂直方向の特徴量の和によって得られることを特徴とする機器監視装置。
11. プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、前記分布計測画像データの特徴量と、前記プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像の特徴量とに基づいて、前記選択された機器または部品の各々の投影画像に対して個々に類似度が最大になる前記分布計測画像データ中の部分領域を求めて各々の投影画像に対する各々の部分領域とし、前記機器または部品の各々の投影画像の重心と、前記分布計測画像データ中の対応する各々の部分領域の重心とを各々の対応点とし、投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するような前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を前記分布計測装置の位置および向きとして決定する分布計測画像データ位置合わせ手段と、
    この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された前期分布計測装置の位置および向きに基づいて、前記プラント機器の空間形状モデルの機器または部品表面に前記分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段と、
    このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する投影手段とを備えたことを特徴とする機器監視装置。
12. 請求項１１に記載の装置において，前記分布計測画像データの特徴量がこの分布計測データをエッジ抽出して得られる画像データであり，前記投影画像の特徴量が選択された機器または部品表面の境界線である輪郭を示す投影画像であることを特徴とする機器監視装置。
13. プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、前記分布計測画像データの計測値と、前記プラント機器の空間形状モデルを平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像の投影領域とに基づいて、前記分布計測画像データに前記選択された機器または部品の投影画像の１つを任意に対応させこの投影画像の投影領域に包含される領域とそれ以外とに前記分布計測画像データの計測値をグループ分けして計算される級間分散の全分散に対する比を類似度として、この類似度が最大になる最大になるグループ分けから当該投影画像に対応する前記分布計測画像データ中の部分領域を決定することにより、前記選択された機器または部品の各々の投影画像に対応する前記分布計測画像データ中の各々の部分領域を求め、前記選択された機器または部品のおのおのの投影画像の重心と、前記分布計測画像データ中の対応する各々の部分領域の重心とを各々の対応点とし、投影する前記プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するような前記プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を前記分布計測装置の位置および向きとして決定する分布計測画像データ位置合わせ手段と、
    この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された前期分布計測装置の位置および向きに基づいて、前記プラント機器の空間形状モデルの機器または部品表面に前記分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段と、
    このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する投影手段とを備えたことを特徴とする機器監視装置。
14. プラント機器の状態量の分布を計測する分布計測装置から２次元分布計測画像データを入力し、前記プラント機器の空間形状モデル平面上に投影して得られる投影画像中の複数選択された機器または部品の各々の投影画像について周囲と面積の比を求め、前記分布計測画像データを計測値が所定値範囲か否かで２値化し、この２値化により形成される前期分布計測画像データ中の各々の閉領域について周囲と面積の比を求め、前期選択された機器または部品の各々の投影画像に対して前期周囲と面積の比が最も近い前期分布計測画像データ中の各々の閉領域を決定し、前期選択された機器または部品の各々の投影画像の重心と、前記分布計測画像データ中の対応する各々の閉領域の重心とを各々の対応点とし、投影する前期プラント機器の空間形状モデルに対する視点および角度を調整して前記分布計測画像データと各々の対応点について位置がほぼ一致するような前期プラント機器の空間形状モデルの投影画像を求め、この投影画像の視点および角度を前記分布計測装置の位置および向きとして決定する分布計測画像データ位置合わせ手段と、
    この分布計測画像データ位置合わせ手段によって決定された前期分布計測装置の位置および向きに基づいて、前記プラント機器の空間形状モデルの機器または部品表面に前記分布計測画像データをテクスチャマッピングするテクスチャマッピング手段と、
    このテクスチャマッピング手段によってテクスチャマッピングされたプラント機器空間形状モデルの投影図を描画し、表示装置に表示する投影手段とを備えたことを特徴とする機器監視装置。

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