JP4066171B2 - 火災検出装置及び防災システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種カメラから得られる監視映像データから火災を検出する火災検出装置およびこれを含む防災システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、アリーナ等の大空間である監視領域を赤外線カメラで監視して、火災の検出および火災位置の特定を行う赤外線火災監視装置がある。また、オペレータが火災の確認を行うため、この赤外線火災監視装置に可視カメラ及びモニタを設けて、このモニタに可視カメラからの可視画像を表示させる(例えば特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−233461号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
高精度に火災位置の特定を行うためには、赤外線カメラは高解像が要求される。しかしながら、高解像な赤外線カメラは高価であり、装置全体のコストアップが避けられない。ここで、可視カメラは赤外線カメラよりも高解像かつ安価であるが、従来はモニタへの可視画像表示用に使用されるのみである。
【0005】
なお、赤外線火災監視装置で特定した火災位置に消火水を放出する放水ノズルを備えた防災システムでも、高精度な火災位置の特定が要求される。なぜならば、赤外線カメラが低解像であると、特定された火災位置に位置ズレが生じるため、消火ノズルは位置ズレを考慮して放水範囲を広くしなければならないためである。
【0006】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、赤外線カメラが検出した火災の最終的な火災位置の特定を可視カメラで行うことで、赤外線検出手段(赤外線カメラ)を高解像とする必要がなく、装置全体のコストアップを避けながらも火災位置検出精度の高い火災検出装置及び防災システムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、監視領域内の火災を検出する赤外線検出手段と、前記監視領域内の可視画像を撮像する可視画像撮像手段と、前記赤外線検出手段が火災を検出すると、該赤外線検出手段が検出した火災位置に前記可視画像撮像手段の撮像領域を向ける回動制御手段と、前記可視画像撮像手段が撮像した可視画像に基づいて、最終的な火災位置の特定を行う可視画像処理手段と、を備えたことを特徴とする火災検出装置およびこの火災検出装置を用いた防災システムにある。
【0008】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明によるアリーナ等の大空間である監視領域内の火災を検出し火災位置の特定を行う火災検出装置、及びこれに火災位置を特定して消火を行う放水設備を合わせて備えた防災システムの一例を示す構成図である。
【0009】
図1において、1は赤外線カメラであり、監視領域内の熱画像を撮像する。例えば、監視領域をK個の監視区域に分けて赤外線カメラ1が監視しているものとする。
2は赤外線カメラ1のための回動装置であり、制御装置9からの制御信号に基づき赤外線カメラ1を上下左右に回動制御する。また、赤外線カメラ1の回動データ(回転角及び俯仰角)を検出して出力する検出回路(図示せず)も備えている。
3は可視カメラであり、監視領域内の可視画像を撮像する。
4は可視カメラ3のための回動装置であり、制御装置9からの制御信号に基づき可視カメラ3を上下左右に回動制御する。また、可視カメラ3の回動データ(回転角及び俯仰角)を検出して出力する検出回路(図示せず)も備えている。
【0010】
5は放水ノズルであり、監視領域内に消火水を放出する。
6は放水ノズル5のための回動装置であり、制御装置9からの制御信号に基づき放水ノズル5を上下左右に回動制御する。また、放水ノズル5の回動データ(回転角及び俯仰角)を検出して出力する検出回路(図示せず)も備えている。
7は給水源であり、制御装置9からの起動信号に基づき放水ノズル5に消火水の給水を開始する。
【0011】
8は制御盤であり、防災センタ等に設置され以下のものを備える。
9は制御装置であり、火災検出装置90およびさらに上述の消火手段も含めた防災システム100全体の制御を行う。
10は熱画像処理部であり、赤外線カメラ1が撮像した赤外線による熱画像データに基づいて火災の検出及び熱画像データ内の大まかな火災位置を特定する。
20は可視画像処理部であり、可視カメラ3が撮像した可視画像データに基づいて火災の検出及び可視画像データ内の詳細な火災位置を特定する。
30はモニタであり、可視カメラ3の可視画像を映出する。
【0012】
40は操作部であり、モニタ30に映出された火災を消火用照準に合わせるためのスティック装置や消火水の放出を開始する放水スイッチ等の各種操作スイッチを備え、これをオペレータが操作する。
50は記憶部であり、火災位置の特定を行う際に必要なデータが設定される書き換え可能な不揮発性の記憶部である。
60は一時記憶部であり、一時的なデータを保存する揮発性の記憶部である。
70は回動制御処理部であり、各回動装置2,4,6の回動制御処理を行う。
防災システム100は、上記した全ての構成要件により構成され、また、火災検出装置90は、防災システム100の構成要件から放水ノズル5、回動装置6、給水源7及び回動制御処理部70のこれらに係わる部分の構成要件を省略して構成される。
【0013】
なお基本的に、赤外線カメラ1、回動装置2および熱画像処理部10で赤外線検出手段を構成し、可視カメラ3が可視画像撮像手段を構成し、回動装置4および回動制御処理部70が回動制御手段を構成し(回動装置2、6を含む場合有り)、可視画像処理部20が可視画像処理手段を構成し、放水ノズル5、回動装置6、給水源7及び回動制御処理部70の一部が消火手段を構成する。制御装置9は全ての制御に係わる。
【0014】
また、監視領域内の火災を検出する赤外線検出手段は、赤外線カメラ1と回動装置2と熱画像処理部10で構成されるが、赤外線カメラ1の代わりに、サーモパイルや焦電素子等の赤外線検出素子を格子状に配置した2次元赤外線検出素子(赤外線検出素子が面を構成するように配列されたもの)、及び単一の赤外線検出素子や1次元赤外線検出素子を動かして画像を形成するメカニカルスキャンタイプの赤外線検出素子を用いてもよい。さらに、画像処理による火災の検出を行う熱画像処理部10の代わりに、画像処理等の面ではなく、各点(ポイント)あるいは各線上で火災の検出を行う火災判定部を用いてもよい。この場合、回動装置2およびその制御処理は採用した赤外線検出素子に合わせたものにする必要がある。
【0015】
以下に、熱画像処理部10、可視画像処理部20の構成及び画像処理方法の一例を示す。図2は熱画像処理部10の一例を示す概略ブロック図である。
11は制御部であり、熱画像処理部10の画像処理演算を制御する。
12は熱画像メモリであり、赤外線カメラ1が撮像した連続した複数の熱画像データを格納する。
13は火災位置メモリであり、熱画像処理部10が火災を検出したときの熱画像データ中における火災位置情報を格納する。
【0016】
つぎに、制御部11が行う画像処理演算の一例を説明する。
(1) 赤外線カメラ1が撮像した連続した複数(例えば、n枚)の熱画像データを熱画像メモリ12に格納する。
(2) 熱画像メモリ12に格納されたn枚の熱画像データを所定の輝度閾値で2つに分けた高温部と低温部に2値化して複数の2値化画像を作成する。
(3) 全2値化画像間の論理和(OR)をとり、いずれかの2値化画像で存在したことのある高温部を重ね合わせ領域として抽出して重ね合わせ画像を作成する。そして、重ね合わせ画像に対しラベリングを実行する。
(4) 全2値化画像間の論理積(AND)をとり、全2値化画像に共通する高温部を固定領域として抽出して固定領域抽出画像を作成する。
(5) (3)で抽出した重ね合わせ領域が一定以上の面積(画素数)であれば、火災候補領域であると判別する(画素数判別)。
(6) (3)で抽出した重ね合わせ領域の外接矩形(以下、対象範囲とする)内に存在する固定領域の面積Aと、各2値化画像の対象範囲内に存在する高温部領域の面積Mi(i=1〜n:nは取り込んだ画像枚数)を求め、下記の式に基づいて各面積Mi(i=1〜n)ごとに面積Aの割合を求めて面積重なり度の最大値と最小値を算出し、このように算出した面積重なり度が炎の揺らきに合致する所定の範囲内に収まれば、火災候補領域であると判別する(面積重なり度判別)。この「面積重なり度判別」は、様々な熱源による誤報を排除することができる。
【0017】
【数1】
【0018】
(7)上記した「画素数判別」及び「面積重なり度判別」により火災候補領域があると判別すると、火災を検出したとする。
(8) 火災候補領域である熱画像データの高温部を火災位置情報として火災位置メモリ13に格納する。
なお、上記以外の画像処理による火災検出方法を用いても良い。
【0019】
図3は可視画像処理部20の一例を示す概略ブロック図である。
21は制御部であり、可視画像処理部20の画像処理演算を制御する。
22は可視画像メモリであり、可視カメラ3が撮像した連続した複数の可視画像データを格納する。
23は火災位置メモリであり、可視画像処理部20が火災を検出したときの可視画像データ中における火災位置情報を格納する。
24は部分画像メモリであり、可視画像メモリ22に格納された可視画像データから可視画像処理に不要な部分を削除した、部分可視画像データを格納する。つまり、熱画像処理部10の火災位置メモリ13に格納された火災位置情報に対応する可視画像エリア付近のみの部分可視画像データを格納する。
なお、制御部21が行う画像処理演算は、温度ではなく輝度を検出すること、画像データではなく部分画像データを用いる以外は、熱画像処理部10のそれと同様であるので説明を省略する。
【0020】
図4は制御装置9の制御動作に基づいて行われる防災システム100の動作を示すフローチャートであり、以下これに従って動作を説明する。まず、監視区域kの初期値を0とし(ステップS1)、以降、ステップS6より戻ってくる度にkを1インクリメントする(ステップS2)。回動装置2に制御信号を出力して、赤外線カメラ1を監視区域kに指向させる(ステップS3)。赤外線カメラ1で熱画像を撮像して、熱画像処理部10で熱画像処理を行う(ステップS4)。画像処理方法は、前述の画像処理方法とする。また、熱画像データの一例を図7に示す。なお、赤外線カメラ1は低解像のもの(例えば320×240画素)を使用するが、図面の便宜上、図7では12×12で示している。
【0021】
次に火災を検出したかを確認する(ステップS5)。ステップS5で火災を検出しなかった場合、監視区域k=K(最終の監視区域)であればステップS1へ戻り、監視区域k=K(最終の監視区域)でなければステップS2へ戻る(ステップS6)。ステップS5で火災を検出した場合、回動装置4及び回動装置6に制御信号を出力して、可視カメラ3及び消火ノズル5を監視区域kに指向させる(ステップS7)。そして可視カメラ3で可視画像を撮像して、可視画像処理部20で可視画像処理を行う(ステップS8)。画像処理方法は、前述の画像処理方法とする。このとき、図8の可視画像データの例で示すように、可視画像処理部20は、可視カメラ3が撮像した可視画像のうち、熱画像処理部10の火点位置メモリ13に格納された火災位置付近に対応した画像エリアのみの画像処理を行う。なお、可視カメラ3は高解像のもの(例えば768×512画素)を使用するが、図面の便宜上、図8では24×24で示している。
【0022】
そして火災を検出したかを確認する(ステップS9)。火災を検出しなかった場合、ステップS6へ戻る。ステップS9で火災を検出した場合、回動装置4及び回動装置6に制御信号を出力して、火災位置メモリ23に格納された火災位置情報に、可視カメラ3の可視画像の消火用照準(例えば、画像中心)と消火ノズル5の放水方向とを指向させる(ステップS10)。そしてモニタ30に可視カメラ3の可視画像と消火用照準を表示する(ステップS11)。図9にモニタ30の表示の一例を示す。これは可視カメラ3と消火用照準と火災位置とが一致した状態を示している。
【0023】
そして操作部40のスティック装置が操作されているかを確認する(ステップS12)。スティック装置が操作されていない場合は、ステップS14へ進む。ステップS12でスティック装置が操作された場合、つまり、オペレータがモニタ30に映出される可視カメラ3の可視画像の火災が消火用照準(例えば、画像中心)に位置決めされているかを目視確認したところ、若干の位置ずれがあったため、可視カメラ3の可視画像の火災を消火用照準に位置決めする補正を行った場合、回動装置4及び回動装置6に制御信号を出力して、消火用照準と放水ノズル5の放水方向とを可視カメラ3の可視画像の火災に指向(図9のモニタ30の表示例を参照)させる(ステップS13)。そして操作部40の放水スイッチが操作されているかを確認する(ステップS14)。操作されていない場合はステップS14に待機する。ステップS14で操作部40の放水スイッチが操作されている場合は、給水源7に起動信号を出力して、放水ノズル5から消火水を放出する(ステップS15)。
なお、操作部40に通常監視モードと無人監視モードを選択するスイッチを設けるなどして、オペレータが不在の場合に、ステップS10で放水ノズル5の放水方向を火災位置に指向させた後に、ステップS15の放水を自動的に行うようにしてもよい。
【0024】
実施の形態2.
またこの実施の形態2では、赤外線カメラ1と可視カメラ3とを一体的に構成した。そのため、回動装置2または回動装置4のどちらか一方は必要なくなる。動作については実施の形態1の図4に示したフローチャートのものとほぼ同様であるが、ステップS7における可視カメラ3を監視区域kに指向させる動作が不要となる。
【0025】
図5、図6は、赤外線カメラ1と可視カメラ3とを一体的に構成した一例である。図5では筐体C0内に、例えばサファイア等からなるレンズC1からの光をプリズムC2で、赤外線バンドパスフィルタC3及び赤外線CCD又は2次元赤外線検出素子C4からなる赤外線検出側と、フィルタ(赤外カット)C5及び可視CCD(カラー又は白黒)C6からなる可視検出側とに分ける構成になっている。同一光学系を使用するため、同一の視野範囲となり、極めて高精度な画像相関が得られる。図6では筐体C0内に、例えばサファイア等からなるレンズC1a、赤外線バンドパスフィルタC3及び赤外線CCD又は2次元赤外線検出素子C4からなる赤外線検出部分と、例えばガラス等からなるレンズC1b、フィルタ(赤外カット)C5及び可視CCD C6からなる可視検出部分とが併設されている。赤外線カメラ1と可視カメラ3との設置間隔だけ視野範囲が左右にずれるが、視野範囲のずれの補正を行えば問題ない。
【0026】
実施の形態3.
また、可視カメラ3と放水ノズル5とを一体的に構成してもよい。そのため、回動装置4または回動装置6のどちらか一方は必要なくなる。動作については実施の形態1の図4に示したフローチャートのものとほぼ同様であるが、可視カメラ3の消火用照準と放水ノズル3の放水方向が一致している(1つの回動装置で上下左右に回動制御される)ので、ステップS10、S13における可視カメラ3の消火用照準と放水ノズル5の放水方向とが位置ズレを生じることがなくなる。
なお、前記実施の形態2で示した赤外−可視を一体的に構成したカメラを放水ノズルの回動装置上に配置してもよい。この場合、回動装置は唯一となる。
【0027】
このように、可視カメラが撮像した監視領域内の可視画像は、従来のモニタへの表示用としてだけでなく、可視画像処理部での火災の検出及び最終的な火災位置の特定に使用することができる。ここで、一般的に可視カメラは赤外線検出手段(赤外線カメラ)よりも高解像かつ安価である。そのため、赤外線検出手段が検出した火災の最終的な火災位置の特定を可視画像処理部で行うことで、赤外線検出手段(赤外線カメラ)を高解像とすることによる装置全体のコストアップを避けながらも、火災位置の精度が向上する。また、赤外線検出手段と可視画像処理部(可視カメラの可視画像)との両方で火災検出及び火災位置特定を行うので、信頼性が向上する。
【0028】
また、可視画像処理部は、可視カメラが撮影した可視画像のうち、赤外線検出手段が検出した火災位置付近に対応した画像エリアのみの画像処理を行うので、演算量が減少し画像処理が容易となり、迅速に火災検出及び最終的な火災位置の特定を行うことができる。
【0029】
また、赤外線検出手段と可視カメラとを一体的に構成すると、小型、軽量化が可能となる。また、赤外線検出手段と可視カメラとの画像相関が良好となり、可視画像内の部分的な画像エリアの画像処理を行う際に有効である。
なお、前記のように構成した火災検出装置と、監視領域内に消火水を放出する消火手段とを備え、火災検出装置によって特定された最終的な火災位置に消火手段を向けるように構成すると、消火手段の放水方向の正確な位置決めが行える。これにより消火手段は、火災位置の位置ズレを考慮して放水範囲を広くする必要がなくなる。
また、消火手段は赤外線検出手段が検出した火災位置に向けられ、その後、可視画像処理手段によって特定された最終的な火災位置に向けられるので、より早く消火手段の放水方向の正確な位置決めが行える。
【0030】
また、可視カメラと消火手段とを一体的に構成すると、小型、軽量化が可能となる。また、可視カメラの可視画像の撮像方向と消火手段の放水方向とが一致するので、可視画像処理部が検出した最終的な火災位置に消火手段が回動制御されるので、消火手段の放水方向のより高精度な位置決めが行える。さらに、オペレータは、モニタに表示される可視カメラの消火用照準(例えば、画像中心)に火災が位置決めされているかを目視確認することができる。
【0031】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、監視領域内の火災を検出する赤外線検出手段と、前記監視領域内の可視画像を撮像する可視画像撮像手段と、前記赤外線検出手段が火災を検出すると、該赤外線検出手段が検出した火災位置に前記可視画像撮像手段の撮像領域を向ける回動制御手段と、前記可視画像撮像手段が撮像した可視画像に基づいて、最終的な火災位置の特定を行う可視画像処理手段と、を備えたことを特徴とする火災検出装置としたので、赤外線カメラが検出した火災の最終的な火災位置の特定を可視カメラで行うことで、赤外線検出手段(赤外線カメラ)を高解像とする必要がなく、装置全体のコストアップを避けながらも火災位置検出精度の高い火災検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による火災検出装置及び防災システムの構成の一例を示す図である。
【図2】 図1の熱画像処理部の一例を示す概略ブロック図である。
【図3】 図1の可視画像処理部の一例を示す概略ブロック図である。
【図4】 この発明による火災検出装置及び防災システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図5】 この発明による火災検出装置及び防災システムにおける赤外線カメラと可視カメラとを一体的に構成した一例を示す図である。
【図6】 この発明による火災検出装置及び防災システムにおける赤外線カメラと可視カメラとを一体的に構成した別の例を示す図である。
【図7】 この発明における熱画像データの一例を示す図である。
【図8】 この発明における可視画像データの一例を示す図である。
よる
【図9】 この発明におけるモニタでの表示例を示す図である。
【符号の説明】
1 赤外線カメラ、2、4、6 回動装置、3 可視カメラ、5 放水ノズル、7 給水源、8 制御盤、9 制御装置、10 熱画像処理部、11 制御部、12 画像メモリ、13 火災位置メモリ、20 可視画像処理部、21 制御部、22 可視画像メモリ、23 火災位置メモリ、24 部分画像メモリ、30 モニタ、40 操作部、50 記憶部、60 一時記憶部、70 回動制御処理部、90 火災検出装置、100 防災システム。
Claims (5)
- 監視領域内の火災を検出する赤外線検出手段と、
前記監視領域内の可視画像を撮像する可視画像撮像手段と、
前記赤外線検出手段が火災を検出すると、該赤外線検出手段が検出した火災位置に前記可視画像撮像手段の撮像領域を向ける回動制御手段と、
前記可視画像撮像手段が撮像した可視画像に基づいて、最終的な火災位置の特定を行う可視画像処理手段と、
を備えたことを特徴とする火災検出装置。 - 前記可視画像処理手段は、前記可視画像撮像手段が撮像した可視画像のうち、前記赤外線検出手段が検出した火災位置付近に対応した画像エリアのみの画像処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の火災検出装置。
- 前記赤外線検出手段と前記可視画像撮像手段とを一体的に構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の火災検出装置。
- 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の火災検出装置と、前記監視領域内に消火水を放水する消火手段とを備え、前記火災検出装置によって特定された最終的な火災位置に前記消火手段を向けるように構成したことを特徴とする防災システム。
- 前記消火手段は前記赤外線検出手段が検出した火災位置に向けられ、その後前記可視画像処理手段によって特定された最終的な火災位置に向けられることを特徴とする請求項4に記載の防災システム。
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