JP3965614B2

JP3965614B2 - 火災検知装置

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Publication number: JP3965614B2
Application number: JP24247199A
Authority: JP
Inventors: 喜茂村上; 茂長橋; 守人塩原
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: JP2001067566A

Description

【０００１】
本発明は、トンネル内を撮像部で撮像して得られた画像データを処理して、火災発生を検知する火災検知装置に関する。特に、テレビカメラによりトンネル内を撮像してモニタに表示することにより状態監視を可能とすると共に、撮像して得られた画像データを、火災の特徴を基に処理して、火災発生や煙発生を検知する火災検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火災検知装置としては既に各種の構成が提案されている。例えば、煙センサ，温度センサ等の火災検知器を用いた構成が一般的である。又赤外線カメラを用いて、監視範囲の撮像赤外線画像信号の輝度レベルが温度に対応するから、輝度レベルの高い領域の時間的変化の有無等を基に、火災発生を判定する構成も知られている。
【０００３】
又高速道路や一般道路につながる長大なトンネル内には、監視用のテレビカメラや火災検知器の設置が義務付けられている。テレビカメラは、例えば、２００ｍ間隔程度で設置され、それぞれの監視範囲の撮像画像信号を監視センタに伝送して、モニタテレビの画面に表示し、トンネル内の車両の走行状態を監視している。又火災検知器は、トンネルの両側壁等に所定の間隔で配置され、温度上昇等を検出して火災発生と判定し、警報を送出すると共に、交通規制等を行うことになる。
【０００４】
このような可視画像を撮像するテレビカメラを利用して火災検知を行う構成が各種提案されている。例えば、（ａ）カラー画像信号の高輝度部分の時間経過に従った重心位置の変動を基に、ヘッドライト等の人工光であるか又は火災発生の炎であるかを判定処理する手段が知られている（例えば、特開平８−３０７７５７号公報参照）。又（ｂ）監視用のテレビカメラによるカラー画像信号のＲ，Ｇ，Ｂ信号を基に炎の温度とその面積とを求めて、火災か否かを判定する手段も知られている（例えば、特開平５−１８８２８号公報参照）。
【０００５】
又（ｃ）光源からの透過光を撮像し、光源のカメラとの間に煙が発生したか否かを判定し、煙発生の場合に煙濃度と時間経過による変化とを基に火災発生か否かを判定する手段も知られている（例えば、特開平５−２０５６３号公報参照）。又（ｄ）トンネル内に設置したテレビカメラの撮像画像信号の輝度ヒストグラムを作成し、特定の輝度値に対応する画素数を基に火災発生か否かを判定する手段も知られている（例えば、特開平８−２０２９６７号公報参照）。
【０００６】
又（ｅ）火災発生時の煙や炎は時間経過に従って領域が拡大するものであり、そこで、撮像画像信号の差分処理によって領域の変化を求めて、火災発生か否かを判定する手段も知られている（例えば、特開平４−１９１９９９号公報参照）。又（ｆ）撮像画像信号について平均化による標準画像と、リアルタイム画像との差分を基に発煙領域を求め、その発煙領域の面積及び輝度値を基に発煙検出の警報を出力する検知手段も知られている（例えば、特開平４−３５２０７７号公報参照）。
【０００７】
又（ｇ）撮像画像信号について複数のブロックに分割し、各ブロックの平均輝度とその時間経過による変化と、各ブロックの平均輝度の標準偏差とを基に、発煙か否かを検出する手段も知られている（例えば、特開平８−３１５１１３号公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
トンネル内に於いて、乗用車やトラック等の車両の整備不良や衝突等による火災発生を経済的に且つ迅速に検出して、災害を最小限度に抑えることが必要である。そこで、通常は、炎から輻射される赤外線の波長，強度を検出する輻射式火災検知器が配置されている。しかし、トンネル内に於いて排出される排気ガス等により受光窓の汚れが激しいので、検出感度の低下の問題がある。又この火災検知器の設置位置に停車した車両からの排気ガスが連続して排出され、この排気ガスは比較的高温であるから、火災発生と誤検出する問題がある。又赤外線カメラを用いた火災検知装置は、火災発生による温度上昇領域の検出が容易である利点があるが、高価な構成となる問題があり、又対向車線等の自動車のヘッドライトによる誤動作の問題がある。
【０００９】
そこで、トンネル内に設置された監視用のテレビカメラを利用することが考えられる。その場合、前述の従来例の（ａ）〜（ｇ）に示すような手段を適用することができる。しかし、トンネル内は、出入口と排気口以外は閉じた空間となり、走行車両のヘッドライトを直接的或いはトンネル壁面の反射光を撮像した場合に、高輝度信号領域を含むことになり、この高輝度信号領域を火災発生と誤認識する問題がある。又火災発生と同時の煙がトンネル内に充満する問題がある。又トンネルの出入口近傍に於いては、太陽光の入射やその変化により、火災発生と誤認識する問題がある。
【００１０】
又従来例の（ａ）は、人工光と火災発生による炎とを区別できるものであるが、煙で炎が撮像できない場合は火災検知ができず、又日照変化が大きい場合は、誤検知の可能性が大きい欠点がある。又従来例の（ｂ）は、カラー画像信号を用いるものであるが、この場合も、煙で炎が見えない場合、火災検知が困難である問題がある。又従来例の（ｃ）は、透過光を検出して煙発生を検知するものであるが、炎の検知手段がなく、且つ光源を必要とすることと、車高が高い車両により光源からの光が遮断されて、誤検出する問題がある。
【００１１】
又従来例の（ｄ）は、輝度ヒストグラムを基にトンネル内の火災検知を行うものであるが、トンネル内に於けるヘッドライトや出入口近傍のテレビカメラに対する日照変化が大きく影響する場合に、誤検出の可能性が大きい問題がある。又従来例の（ｅ）は、差分処理による領域の変化を基に火災発生を判定するものであるが、例えば、トンネル内を走行する車両のヘッドライトの撮像画像の領域が次第に大きくなる場合に火災発生と誤検知する可能性が大きい問題がある。
【００１２】
又従来例の（ｆ）は、差分処理により変化した領域を煙と判定するものであるが、前述の従来例の（ｅ）と同様に、自動車のヘッドライトの撮像画像の領域が変化することにより、火災発生と誤検知する可能性が大きい問題がある。又従来例の（ｇ）は、ブロックの平均輝度とその変化とを基に煙発生を検知するものであるが、前述の従来例の（ｅ），（ｆ）と同様に自動車のヘッドライトの撮像画像の輝度変化が比較的大きいことから、火災発生と誤検知する可能性が大きい問題があり、且つ炎の検知については開示されていない。
【００１３】
又前述の従来例に於いて、火災発生位置について、（ａ），（ｂ）では、テレビカメラのレンズの合焦点位置を基に検出することが可能であるが、焦点自動調整機能を有する構成が必要となり、又煙や炎は輪郭が不明瞭であるから、焦点を迅速に合わせることが容易でない問題がある。
【００１４】
本発明は、トンネル内を監視できる撮像部による撮像画像信号を処理して、トンネル内の車両火災等の火災発生を迅速に検知すると共に、誤検知を回避することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の火災検知装置は、図１を参照して説明すると、（１）トンネル内を撮像する撮像部１と、この撮像部１からの撮像画像信号をディジタル信号に変換した画像データを処理する画像処理装置２２とを含む火災検知装置であって、画像データを所定の輝度レベルで二値化する二値化処理部１０と、この二値化処理部１０からの二値化画像データによる領域の面積の一定時間内に於ける基準値以上の増減の繰り返しが継続した時、又前記面積の所定期間にわって平均化した平均面積の一定時間内に於ける基準値以上の増加が継続した時に、炎警報を出力する面積変動・面積増加判定部１１と、この面積変動・面積増加判定部１１からの面積変動による炎警報又は面積増加による炎警報の何れか一方又は両方により火災警報を出力する火災警報発生処理部１９とを備えている。
【００１６】
又（２）火災検知装置は、画像データを基にヒストグラムを求めるヒストグラム処理部８と、このヒストグラム処理部８からの毎フレームヒストグラムの変化量を基に平均化した平均ヒストグラムと、毎フレームヒストグラムに一定量を超える変化がない場合に、この毎フレームヒストグラムによって更新される定常ヒストグラムとの差が所定値を超えた時に炎警報を火災警報発生処理部１９に出力する輝度変動量判定部９とを備えている。
【００１７】
又（３）火災検知装置は、画像データのフレーム間の変化分を除いて背景画像を作成する背景画像作成部５と、この背景画像作成部５からの背景画像のエッジ検出を行うエッジフィルタ処理部６と、このエッジフィルタ処理部６の出力のエッジ量が所定時間内に一定値を超えて減少した時に煙警報を出力して、火災警報発生処理部１９に入力するエッジ量判定部７とを備えている。
【００１８】
又（４）火災検知装置のエッジ量判定部７は、撮像部１による撮像画面中の遠距離位置と近距離位置とに対応する検出エリアを設定し、遠距離と近距離との検出エリア対応にエッジ量の減少が所定時間内に一定値を超えた時に煙警報を出力する構成を備えている。
【００１９】
又（５）火災検知装置は、画像データのフレーム間の変化分を除いて背景画像を作成する背景画像作成部１２と、背景画像を所定の閾値により二値化する二値化処理部１３と、この二値化処理部１３による二値化画像データの画素集合の領域対応にラベルを付与するラベリング処理部１４と、このラベリング処理部１４によりラベルが付与され領域の画素集合の形状を示すモーメントを求めるモーメント処理部１５と、ラベルが付与された領域の画素集合の形状の最下部の座標を求める火災座標抽出部１６と、各座標と距離とを対応させた距離データを格納した距離データテーブル２０と、火災位置判定部１７とを備え、この火災位置判定部１７は、モーメント処理部１５に於いて求めた領域対応のモーメントが略４０°以下の場合は火災でないと判定し、それ以外は火災と判定して、火災と判定した領域の座標を火災座標抽出部１６から抽出し、この座標を基に距離データテーブル２０を参照して距離に換算し、火災発生と発生位置の距離との情報を火災警報発生処理部１９に入力する構成を有するものである。
【００２０】
又（６）火災検知装置の火災位置判定部１７は、撮像部１による撮像画面中の路面エリアを示す路面エリアデータを参照し、火災発生位置の座標が路面エリア内の時に、火災発生の情報のみを火災警報発生処理部１９に入力する構成を備えることができる。
【００２１】
又（７）火災検知装置は、トンネル内を撮像する撮像部１と、この撮像部１からの撮像画像信号をディジタル信号に変換した画像データを処理する画像処理装置２２とを含み、画像データを所定の輝度レベルを閾値として二値化し、二値化画像データによる領域の面積の一定時間内に於ける基準値以上の増減の繰り返しが継続した時、又前記面積の所定期間にわたって平均化した平均面積の一定時間内に於ける基準値以上の増加が継続した時に、炎警報を出力する面積変動・面積増加判定部１１と、画像データから形成した毎フレームヒストグラムを基に作成した平均ヒストグラムと、前記毎フレームヒストグラムに一定量を超える変化がない場合に該毎フレームヒストグラムにより更新される定常ヒストグラムとを比較し、差が所定値を超えた時に炎警報を出力する輝度変動量判定部９と、画像データから背景画像を形成し、この背景画像についてエッジフィルタ処理により求めたエッジ量が、所定時間内に一定値を超えて減少した時に煙警報を出力するエッジ量判定部７と、二値化画像データによる領域のモーメントが略４０°以下の場合は火災でないと判定し、それ以外は火災と判定して、火災発生及び発生位置の距離情報を出力する火災位置判定部１７と、前記各部からの出力情報が入力され、複数種類の炎警報及び火災発生の情報が１種類のみの場合は火災注意警報を出力し、２種類以上の場合は火災警報を出力する火災警報発生処理部とを備えている。
【００２２】
又（８）火災検知装置は、画像データから形成した背景画像データと、画像データを所定の輝度レベルで二値化した二値化画像データとの差分を求める面積差分処理部１８を設け、火災警報発生処理部１９は、面積差分処理部１８からの面積差分が一定値以上の時に、火災警報及び煙警報を出力しないように制御する構成を有するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の説明図であり、１は撮像部、２はＡ／Ｄ変換部、３はＤ／Ａ変換部、４はモニタ、５は背景画像作成部、６はエッジフィルタ処理部、７はエッジ量判定部、８はヒストグラム処理部、９は輝度変動量判定部、１０は二値化処理部、１１は面積変動・面積増加判定部、１２は背景画像作成部、１３は二値化処理部、１４はラベリング処理部、１５はモーメント処理部、１６は火災座標抽出部、１７は火災位置判定部、１８は面積差分処理部、１９は火災警報発生処理部、２０は距離データテーブル、２１は路面エリアデータテーブル、２２は画像処理装置を示す。
【００２４】
撮像部１はトンネル内の監視範囲を撮像し、その撮像画像信号をＡ／Ｄ変換部２により１画素複数ビットからなる画像データ（多値画像データ）に変換する。又モニタ４は、撮像部１により撮像した画像を表示し、又火災警報発生処理部１９からの火災注意警報，火災警報，火災発生位置（距離），煙警報等の情報を、Ｄ／Ａ変換部３によりアナログの画像信号に変換して、モニタ４により表示することができる。又モニタ４に表示すると共に、交通管制を行うセンタ等に送信することもできる。
【００２５】
又背景画像作成部５は、トンネル内を走行する車両を画像から削除して、背景画像を作成するもので、例えば、１画面を構成する画像メモリの各画素対応に、Ａ／Ｄ変換部２により変換された入力画像データと比較し、入力画像データの画素が大きい輝度を示す時は、所定の値を画像メモリの対応画素に加算し、反対に小さい輝度を示す時は、所定の値を画像メモリの対応画素から減算し、同じ輝度を示す時は、そのままとする演算を行って、画像メモリを更新する。それにより、画像メモリには、輝度が変化する走行車両等が除かれて、一定輝度が継続する背景画像データが形成されることになる。
【００２６】
又エッジフィルタ処理部６は、背景画像に含まれるエッジ量を検出する為に、水平方向と垂直方向との隣接画素の比較によりエッジを検出するフィルタ処理を行うものである。又エッジ量判定部７は、最初に、エッジフィルタ処理を行った背景画像のエッジ量を求めておき、これを基準エッジ量とし、その後に求めた背景画像のエッジ量との比較により煙発生か否かを判定し、その判定結果の煙警報を火災警報発生処理部１９に入力する。
【００２７】
又ヒストグラム処理部８は、Ａ／Ｄ変換部２からの画像データを基に、輝度レベルを縦軸に、画素数を横軸にして示すヒストグラムを作成する。輝度変動量判定部９は、ヒストグラム処理部８からの各フレーム毎のヒストグラムを基に、輝度変動を求め、この輝度変動により炎発生か否かを判定し、その判定結果の炎警報を火災警報発生処理部１９に入力する。
【００２８】
又二値化処理部１０は、Ａ／Ｄ変換部２からの画像データを、所定の輝度レベルを閾値として二値化する。面積変動・面積増加判定部１１は、一定時間内の二値化面積の変動及び増加の判定処理を行って、炎発生の有無を判定し、その判定結果の炎警報を火災警報発生処理部１９に入力する。
【００２９】
又背景画像作成部１２は、背景画像作成部５と同様の機能を有するもので、これらの機能を共通化することができる。又二値化処理部１３は、背景画像を所定の閾値で二値化し、ラベリング処理部１４に入力する。ラベリング処理部１４は、二値化画像に対してラベルを付与する。即ち、所定の閾値を超えた輝度レベルの画素が集合している領域毎にラベルを付与する。又モーメント処理部１５は、ラベリングされた二値化画像のＸ，Ｙ座標からモーメントを求めて最大面積角度に換算する。又火災座標抽出部１６は、ラベリングされた二値化画像についてそれぞれの最下部の座標を求める。
【００３０】
火災位置判定部１７は、モーメント処理部１５からの最大面積角度が、例えば、４０°〜５０°の範囲である画素の集まりを火災発生領域と判断し、その座標を火災座標抽出部１６から求め、距離データテーブル２０を参照して火災発生点までの距離に換算する。更に、道路エリアの範囲を座標として記憶する路面エリアデータテーブル２１を参照し、火災発生と判定した位置が路面上でない場合は、火災発生の判定を火災警報発生処理部１９に入力するが、火災発生点までの距離情報は入力しないように制御する。
【００３１】
又面積差分処理部１８は、背景画像作成部１２からの背景画像と二値化処理部１０からの画像データとの面積差分を求める。その場合、面積差分が所定値を超えるような場合は、トンネル内の車両通行量が多いと判定することができる。このような面積差分情報を火災警報発生処理部１９に入力する。
【００３２】
火災警報発生処理部１９は、エッジ量判定部７，輝度変動量判定部９，面積変動・面積増加判定部１１，面積差分処理部１８，火災位置判定部１７からのそれぞれの処理結果を基に、火災発生の警報を送出するか否かを判定し、火災発生検出時は、火災発生位置を示す距離情報を出力することができる。
【００３３】
トンネル内の火災発生時は、炎の領域の面積が増減を繰り返し、又平均的には面積が増加する傾向を有するものである。例えば、図２の（Ａ），（Ｂ）は、トンネル内の火災試験時の撮像画像データを所定の値で二値化し、その二値化画像についての面積変化を画素数として示すもので、（Ａ）は、縦軸をその画素数とし、横軸を時間ｔとして示し、又（Ｂ）は、（Ａ）の一部について縦軸と横軸とを拡大して示すものである。
【００３４】
トンネル内の車両火災発生時は、完全な開放空間内ではないこともあり、燃焼は、小爆発的な繰り返しとなる。又煙の発生も一定量ではなく、大きく変動すると共に発生量は増加する。従って、炎の輝度は大きく変動する。そして、火災発生から次第にその炎の平均的な面積は増加するものである。即ち、図１のＡ／Ｄ変換部２により変換した画像データを、二値化処理部１０により所定の輝度レベルを閾値として二値化し、その閾値以上の画素数を求めることにより、火災発生時は、図２の（Ａ），（Ｂ）に示すような画素数変化、即ち、炎の領域の面積の変化が得られる。
【００３５】
このような二値化画像データを基に所定輝度レベル以上の面積を求め、その面積の変動，増加により火災発生か否かを判定することができる。図３は面積変動により火災発生か否かを判定する場合のフローチャートを示し、例えば、炎を示す輝度レベルを閾値として画像データを二値化し、その閾値以上の画素数をカウントして、面積とする（Ａ１）。この面積は変動するものであり、面積最大値と面積最小値とを求める（Ａ２），（Ａ３）。
【００３６】
そして、面積最大値と面積最小値との差を求め（Ａ４）、一定時間内の面積最大値と面積最小値との差が基準値以上か否かを判定する（Ａ５）。例えば、図２の（Ａ），（Ｂ）に於ける時間ｔを一定の時間長で区切り、その中の極大値と極小値とを面積最大値と面積最小値として、その差を求め、その差が小さいことは、ヘッドライト等の一定光量の画像を示し、従って、火災ではないと判定することができる。又差が大きいことは、小爆発的な燃焼が繰り返される火災と推定することができる。
【００３７】
そこで、面積最大値と面積最小値との差が基準値以上の場合にカウンタに１を加え（Ａ６）、差が基準値以上でない場合はカウンタに０を加える（Ａ７）。即ち、面積最大値と面積最小値との差が基準値以上の場合をカウントアップする。そして、所定時間毎にカウンタが１以上か否かを判定し（Ａ８）、１以上（任意の値に設定することが可能）の場合はフラグを１とし（Ａ９）、１以上でない場合はフラグを０とする（Ａ１０）。そして、図示を省略しているが、カウンタをクリアする。
【００３８】
そして、１のフラグが基準数以上か否かを判定し（Ａ１１）、基準数以上でない場合は、炎を示すものではないと判定し、基準数以上の場合は、炎を示すものと判定して炎警報を出力する（Ａ１２）。即ち、図１に於ける面積変動・面積増加判定部１１は、二値化処理部１０からの二値化画像データによる領域の面積の一定時間内に於ける基準値以上の増減の繰り返しが継続した時、面積変動による炎警報を出力する。なお、判定タイミングに於けるカウンタのカウント値を基に炎を示すか否かを判定することも可能である。
【００３９】
図４は本発明の実施の形態の面積増加検出のフローチャートであり、先ず、図３のステップ（Ａ１）と同様に炎を示す輝度レベルを閾値として画像データを二値化し、その閾値以上の画素数をカウントとして面積とするものであるが、ｍ回の平均値を求める（Ｂ１）。即ち、図３の場合は、小爆発的な炎による面積の増減の繰り返しを基に炎と判定するものであるが、この実施の形態は、炎を示す面積が増加傾向にあるか否かを判定するものである。従って、一定時間内の平均値を求め、その平均値が増加傾向にあるか否かを判定する。
【００４０】
その為に、面積のｍ回の平均値について、面積最大値及び面積最小値を求める（Ｂ２），（Ｂ３）。そして、面積最大値と面積最小値との差を求め（Ｂ４）、一定時間内の面積最大値と面積最小値との差が基準値以上か否かを判定する（Ｂ５）。基準値以上の場合はカウンタに１を加え（Ｂ６）、基準値以上でない場合はカウンタに０を加える（Ｂ７）。そして、所定時間毎にカウンタが１以上か否かを判定し（Ｂ８）、１以上の場合は、フラグを１に（Ｂ９）、又カウンタが１以上でない場合は、フラグを０にする（Ｂ１０）。そして、この場合も、フラグの設定制御後にカウンタをクリアする。
【００４１】
そして、１のフラグが基準数以上か否かを判定し（Ｂ１１）、基準数以上の場合は、面積のｎ回平均値が増加傾向を示すから、炎警報を出力する（Ｂ１２）。又基準数以上でない場合は、面積のｎ回平均値が増加傾向を示すものではないから、火災とは異なる要因による輝度レベルの高いライト等による撮像画像と判定し、炎警報は出力しない。即ち、図１に於ける面積変動・面積増加判定部１１は、面積の所定期間にわたって平均化した平均面積の一定時間内に於ける基準値以上の増加が継続した時に、面積増加による炎警報を出力するものである。なお、判定タイミングに於けるカウンタのカウント値を基に、炎を示すか否かを判定することも可能である。
【００４２】
前述のように、トンネル内の火災の特徴として、所定の輝度以上の領域の面積が大きく変動する点と、平均化した時に増加の傾向を有する点とを基に、可視画像データを処理して、ヘッドライト等による所定輝度以上の領域の面積の変化とその差異に従って、火災検知を行うことができる。
【００４３】
図５は一定時間及びエッジフィルタの説明図であり、（Ａ）は一定時間を一定フレーム数として示し、図３，図４のステップ（Ａ５），（Ｂ５）に於ける一定時間を、例えば、現在のフレームをｎとして、ｎ〜ｎ−１０のフレーム数の時間とすることができる。又この一定時間内で、面積最大値と面積最小値との差が基準値以上か否かを判定するものであり、又図４のステップ（Ｂ１）に於ける閾値以上の画素数による面積のｍ回平均は、例えば、ｍ＝３とすると、前述の一定時間ｎ〜ｎ−１０内に於いて、ｎ−１０〜ｎ−８の面積の３フレームにわたる平均値，最初のフレームｎ−１０から１フレーム後の３フレームにわたる平均値，即ち、ｎ−９〜ｎ−７の面積の平均値，以下同様にしてｎ−３〜ｎの面積の平均値をそれぞれ求めて、それぞれの平均面積の面積最大値と面積最小値とを求め、それらの差が基準値以上か否かを判定して、平均した面積が増加傾向にあるか否かを判定することになる。
【００４４】
又図５の（Ｂ）は、エッジフィルタ処理部６に於ける処理を説明するもので、注目画素をＰ、水平方向に隣接する画素をＰ１、垂直方向に隣接する画素をＰ２とし、各画素の輝度レベルの差が所定値Ｑ以上か否かを判定して、注目画素Ｐを二値化し、エッジ検出を行うものである。即ち、｜Ｐ−Ｐ１｜＞Ｑが成立する場合、Ｐ＝１、成立しない場合は、Ｐ＝０とし、同様に、｜Ｐ−Ｐ２｜＞Ｑが成立する場合、Ｐ＝１、成立しない場合は、Ｐ＝０とする。それにより、エッジの画素のみが１となる。即ち、このようなエッジフィルタ処理後の画像メモリには、画像の輪郭を示す画像データが格納されることになる。
【００４５】
図６は本発明の実施の形態の輝度変動検出のフローチャートであり、図１のヒストグラム処理部８と、輝度変動量判定部９との動作を示し、ヒストグラム処理部８は、Ａ／Ｄ変換部２からの画像データを基に、フレーム毎のヒストグラムを作成して輝度変動量判定部９に入力する。即ち、毎フレームのヒストグラムｈ’（ｘ）を求め（Ｃ１）、平均ヒストグラムの現フレームと、１回前の平均ヒストグラムとを比較して、ｋ画素数以上の変化画素があるか否かを判定す（Ｃ２）。この場合、ｈ^t（ｘ）は平均ヒストグラム、ｈ^t-1（ｘ）は１回前の平均ヒストグラムを示し、輝度レベル（ｘ）は０〜２５５の場合を示す。
【００４６】
そして、変化画素数がｋ画素数以下であると、カウンタに１を加え（Ｃ３）、ｋ画素数を超えていると、カウンタに０を加える（Ｃ４）。そして、このカウンタの値が規定値Ｔを超えているか否かを判定し（Ｃ５）、超えている場合は、毎フレームヒストグラムｈ’（ｘ）を定常ヒストグラムＨ（ｘ）とし（Ｃ６）、これを（ｘ）が０〜２５５までループする（Ｃ７）。
【００４７】
そして、毎フレームヒストグラムｈ’（ｘ）と平均ヒストグラムｈ^t（ｘ）とを比較し（Ｃ８）、ｈ’（ｘ）＞ｈ^t（ｘ）の場合は、ｈ^t（ｘ）＝ｈ^t（ｘ）＋（定数）とし（Ｃ９）、ｈ’（ｘ）＝ｈ^t（ｘ）の場合は、ｈ^t（ｘ）＝ｈ^t（ｘ）とし（Ｃ１０）、ｈ’（ｘ）＜ｈ^t（ｘ）の場合は、ｈ^t（ｘ）＝ｈ^t（ｘ）−（定数）とする（Ｃ１１）。これを（ｘ）が０〜２５５までループする（Ｃ１２）。
【００４８】
そして、平均ヒストグラムｈ^t（ｘ）と定常ヒストグラムＨ（ｘ）とを比較して、一定値Ｓを超えているか否かを判定する（Ｃ１３）。一定値Ｓを超えている場合は、輝度変動量が大きいことを示すから、炎警報を出力する（Ｃ１４）。従って、火災が発生して、ヒストグラムの変化分が増大すると、定常ヒストグラムＨ（ｘ）の更新は停止した状態となり、平均ヒストグラムｈ^t（ｘ）だけが増加する。従って、それらの差は、一定値Ｓを超えることになる。又ヘッドライト等のステップ的な輝度変化の場合、変化後は略一定の状態が継続する為、定常ヒストグラムＨ（ｘ）が更新されたり、又は平均ヒストグラムｈ^t（ｘ）の変化は僅かであることから、炎警報を出力することはない。
【００４９】
即ち、図１に於ける輝度変動量判定部９は、ヒストグラム処理部８からの毎フレームヒストグラムの変化量を基に平均化した平均ヒストグラムｈ^t（ｘ）と、毎フレームヒストグラムに一定量を超える変化がない場合に、毎フレームヒストグラムによって更新される定常ヒストグラムＨ（ｘ）との差が所定値を超えた時に炎警報を出力するもので、従来例のような単なるヒストグラムの変化のみにより火災検知と判定するものと比較して、誤判定を回避することができる。
【００５０】
図７は本発明の実施の形態のエッジ量検出のフローチャートであり、図１のエッジ量判定部７の動作を示し、エッジフィルタ処理部６による図５に示すようなエッジフィルタ処理結果がエッジ量判定部７に入力される。先ず、検出されたエッジによる面積値を基準面積とする（Ｄ１）。即ち、背景画像のエッジを検出して、そのエッジの面積値を基準面積値とする。
【００５１】
そして、撮像画像データを基にしてエッジの面積値（エッジ量）と画面平均濃度とを求め（Ｄ２）、先に求めた基準面積値（基準エッジ量）と、今回求めたエッジの面積値（エッジ量）との差が基準値以下であるか否かを判定する（Ｄ３）。即ち、火災発生等により煙が発生すると、その煙により背景が隠されてエッジの面積が減少することになり、基準面積値に対して今回のエッジの面積値が基準値以上に減少している場合、カウンタに１を加え（Ｄ４）、基準値以上に減少していない場合は、カウンタに０を加える（Ｄ５）。そして、所定時間毎にカウンタが基準数を超えているか否かを判定し（Ｄ６）、超えている場合は、煙警報を出力する（Ｄ７）。この場合、カウンタはクリアする。
【００５２】
即ち、図１に於けるエッジ量判定部７は、エッジフィルタ処理部６の出力のエッジ量が所定時間内に一定値を超えて減少した時に煙警報を出力して、火災警報発生処理部１９に入力するものであり、火災警報発生処理部１９は、この煙警報に従って、モニタ４に表示する煙警報情報を出力する。
【００５３】
又トンネル内では、排煙ファン等により排気されているから、一定の空気の流れが生じている。従って、発生した煙は、撮像部から遠ざかる方向に流れる場合もある。そこで、画像メモリ上に遠距離に対応するエリアと、近距離に対応するエリアとを座標として設定し、そのエリア毎に、基準エッジ量（エッジの基準面積値）と、現フレームのエッジ量（エッジの面積値）との比較を行い、何れかのエリアに於いて基準値以上のエッジ量の減少が継続する場合に、煙警報を出力する構成とすることもできる。
【００５４】
図８は本発明の実施の形態のモーメント処理のフローチャートであり、図１のモーメント処理部１５の動作を示す。背景画像作成部１２により作成された背景画像を二値化処理部１３により二値化し、ラベリング処理部１４により二値化画像にラベルが付けられて、モーメント処理部１５と火災座標抽出部１６とに入力される。このモーメント処理部１５は、ラベリング画像（ラベルが付与された画像領域）のＸ座標とＹ座標とを基に、相乗モーメント＝（Ｘ座標）×（Ｙ座標）を求め（Ｅ１）、Ｘ２乗モーメント＝（Ｘ座標）×（Ｘ座標）を求め（Ｅ２）、Ｙ２乗モーメント＝（Ｙ座標）×（Ｙ座標）を求める（Ｅ３）。これをラベリング画像の数だけ繰り返す（Ｅ４）。
【００５５】
そして、最大面積角度を求める（Ｅ５）。即ち、相乗モーメント＝Ｘ・Ｙと、Ｘ２乗モーメント＝Ｘ²と、Ｙ２乗モーメント＝Ｙ²とを基に、最大面積角度Ｍ＝ｔａｎ^-1｛Ｘ・Ｙ／（Ｘ²−Ｙ²）｝として求める。これをラベリング画像の数だけ繰り返す（Ｅ６）。そして、最大面積角度を火災位置判定部１７に出力する（Ｅ７）。この場合のＸは、ラベリング画像（ラベルが付与された画像領域）を構成する画素のそれぞれのＸ座標をｘ１，ｘ２，・・・とすると、それらを加算したもの、即ち、Σ（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋・・・）を示し、同様に、Ｙは、画素のそれぞれのＹ座標ｙ１，ｙ２，ｙ３，・・・を加算したもの、即ち、Σ（ｙ１＋ｙ２＋ｙ３＋・・・・）を示す。
【００５６】
この最大面積角度は、二値化画像のラベリングされた画像の画素集合が、縦長の領域を示す時は９０°近くになり、又横長の領域を示す時は０°近くになる。例えば、図９のラベリング画像３１は縦長の画素集合からなる場合を示し、又ラベリング画像３２は横長の画素集合からなる場合を示す。又３３は路面エリア、３４は道路上のセンタラインを示し、ラベリング画像３１の最下部の座標をＸ１，Ｙ１、ラベリング画像３２の最下部の座標をＸ２，Ｙ２とした場合を示す。これらの座標は、火災座標抽出部１６によって抽出することができる。
【００５７】
又ラベリング画像の最大面積角度が、略４０°以下の場合、横長の画像であるから、立ちのぼる炎に対応するものではないと判定する。又それ以上の角度の場合は火災と判定する。火災位置判定部１７は、火災座標抽出部１６から火災判定ラベリング画像の最下部の座標を抽出し、その座標を基に、距離データテーブル２０を参照して、火災発生点までの距離に換算する。
【００５８】
更に、火災位置判定部１７は、図９の鎖線の路面エリア３３を示す路面エリアデータテーブル２１を参照して、火災判定ラベリング画像の最下部の座標が、その路面エリア３３内か否かを判定する。路面エリア３３内の場合は、トンネル内の車両火災に相当することから、火災警報発生処理部１９に、火災発生情報と距離情報とを転送する。又路面エリア３３内でない場合、トンネル内の車両火災であるか否かが不明確であるから、火災発生情報のみを火災警報発生処理部１９に転送するが、距離情報は転送しない。
【００５９】
火災警報発生処理部１９は、エッジ量判定部７からの煙警報、輝度変動量判定部９からの炎警報、面積変動・面積増加判定部１１からの面積変動又は面積増加による炎警報、火災位置判定部１７からの火災発生情報と距離情報、面積差分処理部１８からの面積差分情報とを基に、火災警報判定を行って、火災警報と火災発生位置とを出力するものである。この火災警報判定のフローチャートを図１０に示す。
【００６０】
火災警報発生処理部１９は、面積変動・面積増加判定部１１からの炎警報（面積変動）受信（Ｆ１）及び炎警報（面積増加）受信（Ｆ２）と、輝度変動量判定部９からの炎警報（輝度変動）受信（Ｆ３）と、エッジ量判定部７からの煙警報（エッジ量）受信（Ｆ４）と、火災位置判定部１７からの火災距離受信（Ｆ５）と、面積差分処理部１８からの差分面積受信（Ｆ６）とを行うもので、何れか１種類の受信でも、火災警報発生処理部１９は、受信した差分面積が規定値以上か否かを判定する（Ｆ７）。
【００６１】
差分面積は、車両の通行量が少ない場合は小さくなり、反対に通行量が多い場合は大きな値となる。又火災発生により車両の通行量は少なくなると共に、火災位置は停止状態の場合が一般的であるから、或る時間が経過すると、火災の撮像画像の処理による背景画像としても現れることになり、差分面積は少なくなる。そこで、差分面積が規定値以上の場合、火災の誤検知と判定する。又差分面積が規定値を超えない場合は、煙警報が発生しているか否か判定する（Ｆ８）。
【００６２】
煙警報がエッジ量判定部７から入力された場合は、煙警報送信を行う（Ｆ９）。又炎警報が発生しているか否かを判定する（Ｆ１０）。この炎警報は、面積変動による炎警報と、面積増加による炎警報と、輝度変動による炎警報と、更には、火災位置判定部１７からの火災位置情報とについて、何れか１種類のみの場合、確実ではないが火災発生と見做し得る状態と判定して、火災注意警報文字送信を行う（Ｆ１２）。又２種類以上の場合は、火災発生と判定して、火災警報文字送信（Ｆ１１）と、火災距離文字送信（Ｆ１３）とを行う。
【００６３】
それぞれの送信情報は、前述のＤ／Ａ変換部３を介してモニタ４に加えることにより、煙警報の表示や、火災発生と距離との表示等を行う。この表示形式はそれぞれのシステム対応に適宜選定することができる。又図示を省略した送信部から交通管制センタ等に送信することができる。
【００６４】
本発明は、前述の各実施の形態のみに限定されるものではなく、種々付加変更することが可能であり、例えば、画像処理装置２２の機能として、Ａ／Ｄ変換部２と二値化処理部１０と、面積変動・面積増加判定部１１とを含む最小構成でも火災検知を行うことができる。又画像処理装置２２の各部の機能は、プロセッサの演算処理機能とメモリとを用いて容易に実現することができる。又各実施の形態のそれぞれの組合せにより、誤検知を低減した火災検知が可能となる。
【００６５】
又撮像部１をテレビカメラ等の可視光線用とする場合が一般的であるが、赤外線用の撮像部１を用いることも可能である。その場合、赤外線撮像画像信号をＡ／Ｄ変換部２によりディジタル信号に変換して、前述と同様な処理によって火災検知が可能となる。又可視光線と赤外線との特性の差異に従って、予め、火災警報発生処理部１９から、エッジ量判定部７と、輝度変動量判定部９と、面積変動・面積増加判定部１１とに於けるそれぞれの判定値を設定することができる。同様に、二値化処理部１０，１３に於ける二値化の為の閾値を設定することができる。従って、撮像部１は、モノクロ可視カメラ，カラー可視カメラ，赤外線カメラ等の任意のカメラを用いることが可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、撮像部１によりトンネル内を撮像し、画像データとして処理して火災発生を検知するもので、炎部分の領域の面積変動や面積増加の火災画像の特徴を基に、誤判定を回避して火災発生を検知することができる。従って、撮像部１は監視カメラによる可視画像を基に処理することが可能となる。又ヒストグラムについても、平均ヒストグラムと定常ヒストグラムとの差を基に火災発生を検知し、又炎部分の領域のモーメントを基に炎であるか否かを判定し、又エッジ量の変化を基に煙が発生しているか否かを判定し、それらを組合せることにより、確実な火災発生の検知を可能とすることができる。従って、経済的にトンネル内の火災検知を行い、且つ誤検知を回避できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明図である。
【図２】火災発生時の二値化画像データの変化説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の面積変動検出のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の面積増加検出のフローチャートである。
【図５】一定時間及びエッジフィルタの説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の輝度変動検出のフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態のエッジ量検出のフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態のモーメント処理のフローチャートである。
【図９】最大面積角度及び距離の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態の火災警報判定のフローチャートである。
【符号の説明】
１撮像部
２Ａ／Ｄ変換部
３Ｄ／Ａ変換部
４モニタ
５背景画像作成部
６エッジフィルタ処理部
７エッジ量判定部
８ヒストグラム処理部
９輝度変動量判定部
１０二値化処理部
１１面積変動・面積増加判定部
１２背景画像作成部
１３二値化処理部
１４ラベリング処理部
１５モーメント処理部
１６火災座標抽出部
１７火災位置判定部
１８面積差分処理部
１９火災警報発生処理部
２０距離データテーブル
２１路面エリアデータテーブル
２２画像処理装置

Claims

トンネル内を撮像する撮像部と、該撮像部からの撮像画像信号をディジタル信号に変換した画像データを処理する画像処理装置とを含む火災検知装置に於いて、
前記画像データを所定の輝度レベルで二値化する二値化処理部と、
該二値化処理部からの二値化画像データによる領域の面積の一定時間内に於ける基準値以上の増減の繰り返しが継続した時、又は前記面積の所定期間にわたって平均化した平均面積の一定時間内に於ける基準値以上の増加が継続した時に、炎警報を出力する面積変動・面積増加判定部と、
該面積変動・面積増加判定部からの面積変動による炎警報又は面積増加による炎警報の何れか一方又は両方により火災警報を出力する火災警報発生処理部と
前記画像データのフレーム間の変化分を除いて背景画像を作成する背景画像作成部と、該背景画像作成部からの背景画像のエッジ検出を行うエッジフィルタ処理部と、
該エッジフィルタ処理部の出力のエッジ量が所定時間内に一定値を超えて減少した時に煙警報を出力して、前記火災警報発生処理部に入力するエッジ量判定部と
を備えたことを特徴とする火災検知装置。
前記画像データのフレーム間の変化分を除いて背景画像を作成する背景画像作成部と、該背景画像を所定の閾値により二値化する二値化処理部と、該二値化処理部による二値化画像データの画素集合の領域対応にラベルを付与するラベリング処理部と、該ラベリング処理部によりラベルが付与され領域の画素集合の形状を示すモーメントを求めるモーメント処理部と、前記ラベルが付与された領域の画素集合の形状の最下部の座標を求める火災座標抽出部と、各座標と距離とを対応させた距離データを格納した距離データテーブルと、火災位置判定部とを備え、
該火災判定部は、前記モーメント処理部に於いて前記ラベリング処理部によりラベルが付与された領域のＸ，Ｙ座標を基に最大面積角度＝ｔａｎ ^−１｛Ｘ・Ｙ／（Ｘ ^２ −Ｙ ^２）｝として求め、該最大面積角度が略４０°以下の場合は火災でないと判定し、それ以外は火災と判定して、該火災と判定した領域の座標を前記火災座標抽出部から抽出し、該座標を基に前記距離データテーブルを参照して距離に換算し、火災発生と発生位置の距離との情報を前記火災警報発生処理部に入力する構成を有することを特徴とする請求項１記載の火災検知装置。
前記火災位置判定部は、前記撮像部による撮像画面中の路面エリアを示す路面エリアデータを参照し、火災発生位置の座標が前記路面エリア内の時に、火災発生の情報のみを前記火災警報発生処理部に入力する構成を備えたことを特徴とする請求項２記載の火災検知装置。
トンネル内を撮像する撮像部と、該撮像部からの撮像画像信号をディジタル信号に変換した画像データを処理する画像処理装置とを含む火災検知装置に於いて、
前記画像データを所定の輝度レベルを閾値として二値化し、二値化画像データによる領域の面積の一定時間内に於ける基準値以上の増減の繰り返しが継続した時、又前記面積の所定期間にわたって平均化した平均面積の一定時間内に於ける基準値以上の増加が継続した時に、炎警報を出力する面積変動・面積増加判定部と、
前記画像データから形成した毎フレームヒストグラムを基に作成した平均ヒストグラムと、前記毎フレームヒストグラムに一定量を超える変化がない場合に該毎フレームヒストグラムにより更新される定常ヒストグラムとを比較し、差が所定値を超えた時に炎警報を出力する輝度変動量判定部と、
前記画像データから背景画像を形成し、該背景画像についてエッジフィルタ処理により求めたエッジ量が、所定時間内に一定値を超えて減少した時に煙警報を出力するエッジ量判定部と、
前記二値化画像データによる領域のモーメントを、前記ラベリング処理部によりラベルが付与された領域のＸ，Ｙ座標を基に最大面積角度＝ｔａｎ ^−１｛Ｘ・Ｙ／（Ｘ ^２ −Ｙ ^２）｝として求め、該最大面積角度が略４０°以下の場合は火災でないと判定し、それ以外は火災と判定して、火災発生及び発生位置の距離情報を出力する火災位置判定部と、
前記各部からの出力情報が入力され、前記複数種類の炎警報及び前記火災発生の情報が１種類のみの場合は火災注意警報を出力し、２種類以上の場合は火災警報を出力する火災警報発生処理部と
を備えたことを特徴とする火災検知装置。
前記画像データから形成した背景画像データと、前記画像データを所定の輝度レベルで二値化した二値化画像データとの差分を求める面積差分処理部を設け、前記火災警報発生処理部は、該面積差分処理部からの面積差分が一定値以上の時に、火災警報及び煙警報を出力しないように制御する構成を有することを特徴とする請求項４記載の火災検知装置。