JP4119043B2

JP4119043B2 - 赤外放射温度測定装置及びその測定方法

Info

Publication number: JP4119043B2
Application number: JP18381499A
Authority: JP
Inventors: 雅一伊藤; 篤志町田; 和宏高杉
Original assignee: Ｎｅｃ三栄株式会社
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2019-06-29
Also published as: JP2001013009A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は赤外放射移動物体の赤外放射温度測定装置及びその測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から自動車の内燃機関、車輌のモータの様に熱を発生しながら走行するものでは各部への熱伝達の検証を行なうために赤外カメラによる赤外放射温度測定が広く行なわれている。
【０００３】
図１１は製鉄所の高炉から転炉工場へ溶鉄を移送するための混銑車１を示している。この混銑車１はタンクの先端の前後が銃弾の様に円錐状と成され、大量の溶鉄を移送するため複数の車輪２を有し、製鉄所内に敷設した線路３上をかなりの速度で移動させている。
【０００４】
タンク内には高温の銑鉄が挿入されるため耐火レンガ４をタンク内壁を囲繞する様に配設し、溶融した銑鉄は耐火レンガ壁内に供給される様に成されている。
【０００５】
上述の様な高温で且つかなりの高速で線路３上を移動する混銑車１等の温度状態を監視し、上記耐火レンガ４を補修するために、従来では被温度測定体である混銑車１を停止させ、赤外カメラ５に広角レンズを装着して熱画像データを取得している。また、線路３上を移動する混銑車１を撮像する場合には一定速度で移動している状態で赤外カメラ５を２次元走査することで熱画像データを取得していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示す様に従来では赤外カメラ５と混銑車１の中心を結ぶラインＣＬを０°とした場合に赤外カメラ５をＹ軸及びＺ軸方向に所定周期Ｐで２次元走査しているが走査角度が±４０°の範囲では放射率を略一定に取得することができるが混銑車１のタンクは先端部及び後方部が銃弾の様に円錐状と成されているため水平方向（Ｙ軸方向）及び垂直方向（Ｚ軸方向）ではＸ軸方向に距離Ｄの差が生じて取得放射率が低下し、温度指示値が低下して測定精度が悪化していた。
【０００７】
本発明は叙上の課題を解決するために成されたもので、発明が解決しようとする課題は移動する被温度測定体の混銑車の速度が変化しても、混銑車の進行方向に垂直に１次元走査することで水平及び垂直方向の測定角度を混銑車１と赤外カメラ５を結ぶラインＣＬ上で直視する様にして、測定精度が向上した赤外放射温度測定装置及びその測定方法を得る様にしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の赤外放射温度測定装置は被温度測定体が移動する通路に配設した測定開始位置検出手段と、被温度測定体が移動する通路に配設した移動速度検出手段と、被温度測定体の移動方向に対して垂直方向に走査して熱画像を取得する赤外熱画像撮像手段と、赤外熱画像撮像手段で取得した熱画像データと移動速度検出手段で検出した速度信号及びストローブ信号を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶した速度信号及びストローブ信号に基づいて、記憶手段に記憶した被温度測定体の水平及び垂直方向或は少なくともいずれか一方向に変位した熱画像データの変位演算を行なう演算手段とを具備し、演算手段は、水平方向に伸張された展開熱画像データの１ライン走査毎の温度分散を調べて熱画像の背景部と被温度測定体との温度分散が最大となる位置を決定し、速度信号に従って水平方向の熱画像データを間引いて圧縮熱画像を得ると共に、熱画像の垂直方向エリア内で該圧縮熱画像の熱温度の平均が最大となる位置を求めてその位置における該圧縮熱画像の上端部及び下端部を決定する様に成し、変位した取得熱画像データを被温度測定体の原寸法に対応した熱画像として疑似カラー表示して成るものである。
【０００９】
本発明の赤外放射温度測定方法は移動する被温度測定体の所定移動位置で熱画像データの測定を開始して、被温度測定体の移動速度及び熱画像データを赤外熱画像撮像手段で取得する赤外放射温度測定方法であって、記憶手段に格納した熱画像データと被温度測定体の移動速度に基づいて、水平方向に伸張された展開熱画像データの１ライン走査毎の温度分散を調べて熱画像の背景部と被温度測定体との温度分散が最大となる位置を決定し、速度信号に従って水平方向の熱画像データを間引いて圧縮熱画像を得る処理、及び熱画像の垂直方向エリア内で該圧縮熱画像の熱温度の平均が最大となる位置を求めてその位置における該圧縮熱画像の上端部及び下端部を決定する処理、或いは前記２つの処理の少なくともいずれか一方の処理を行うことで、被温度測定体の水平及び垂直方向或は少なくともいずれか一方向に変位した熱画像データの変位を演算し、演算結果に基づいて熱画像データを被温度測定体の原寸法に対応した熱画像として疑似カラー表示して成るものである。
【００１１】
本発明の赤外放射温度測定装置及び赤外放射温度測定方法によれば熱画像データを１次元走査で取得するようにしたので精度の良い熱画像データが得られ、混銑車の運行に関係なく熱画像データを自動測定することができ、且つ歪補正後の混銑車の熱温度分布を正確に特定することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の被温度測定体の赤外放射温度測定装置及び赤外放射温度測定方法並びに画像切り出し方法を図１乃至図１０を用いて説明する。
【００１３】
図１は本発明の赤外放射温度測定装置の系統図を示すものであり、図１において、タンク内に溶融した銑鉄を充填した高温の被温度測定体（混銑車）１が線路３上を矢印Ａ方向に所定速度で常時運行されている。
【００１４】
上述の混銑車１のタンク６は図３の様に先端部及び後方部が円錐状と成され、銑鉄の出し入れはタンク上に設けた銑鉄供給排出口１ａから行なわれ、タンク６の外壁は鋼材等で形成されているが、タンク６の内壁内には図１１で説明したように耐火レンガ４が積まれて、タンク６の外壁が溶融しないようになされている。大量の銑鉄を移動するために複数の車輪２が設けられていて、赤外カメラ５ａ，５ｂはタンク６の外壁の左右或はいずれか一方から撮像して赤外放射熱画像データ（以下熱画像データと記す）を取得していた。
【００１５】
本例では線路３内に測定開始位置を検出するためのセンサとしてスタートタピットスイッチ（以下スタートセンサと記す）７ａと、混銑車１の通過速度を検出するための１対の光センサ（以下速度センサと記す）７ｂ及び７ｃを１つの軌道につき３個配設する。また速度センサ７ｂ及び７ｃ間は所定距離Ｌ離されて配設されている。
【００１６】
赤外カメラ５ａ及び５ｂは混銑車１のタンクの左右側面、或はいずれか一方の面を撮像する様に例えばスタートセンサ７ａと速度センサ７ｂ及び７ｃ間に固定されている。
【００１７】
スタートセンサ７ａ及び速度センサ７ｂ及び７ｃからの測定スタート開始用と通過速度用の検出出力はパルスインタフェース８に供給され、赤外カメラ５ａ及び５ｂからの熱画像データは赤外カメラインタフェース９に供給される。
【００１８】
パルスインタフェース８及び赤外カメラインタフェース９はスタート信号及び速度信号並びに熱画像データを出力する。
【００１９】
バッファメモリ１０には速度センサ７ｃを踏み込んだ時の通過車輪数（以下ストローブ信号と記す）及び速度信号並びに熱画像データをバッファメモリ１０内に格納し、１つのファイルとして保存する。
【００２０】
これら各信号はマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１６及びアドレスコントローラ１５を介して各種の演算処理、制御処理が行なわれる。
【００２１】
バッファメモリ１０からの熱画像データ１１はＣＲＴコントローラ１１及び画像バッファメモリ１２及びＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）ジェネレータ１３を介してＣＲＴ等のカラーディスプレイ１４に熱画像データを疑似カラー表示する。ＣＰＵ１６はＣＲＴコントローラ１１、バッファメモリ１２、ＲＧＢジェネレータ１３、カラーディスプレイ１４等をコントロールしている。
【００２２】
上述構成の赤外放射温度測定装置１７の動作を図２乃至図１０を用いて説明する。
【００２３】
図２は本発明の赤外放射温度測定装置のフローチャート、図３は被温度測定体（混銑車）と走査方法の説明図である。先ず、図３によって、熱画像データを赤外カメラ５ａ及び５ｂによって取得する測定方法を説明する。
【００２４】
混銑車１は線路３上をＡ方向が進入してきて、混銑車１の先頭車輪がスタートセンサ７ａを踏み込むとスタート信号ＴＳ₀を発生し、パルスインタフェース８を介してＣＰＵ１６に供給される。
【００２５】
この段階で赤外カメラ５ａ及び５ｂは保護ハウジングのシャッタを開き撮像動作を開始する。赤外カメラ５ａ又は／及び５ｂは図３の走査線１８で示す様に上下方向に１ラインだけ固定走査を行なう様になされている。
【００２６】
即ち、ＣＰＵ１６内では図２のフローチャートに示す様に第１ステップＳＴ₁でスピードセンサ７ａからスタート信号ＴＳ₀が検出されたかを常時監視して、混銑車１が入線したかをみている。スタートセンサ７ａからのスタート信号ＴＳ₀が入力されると第２ステップＳＴ₂に示す様に赤外カメラ５ａ及び５ｂは上記した上下方向に１ラインだけ固定走査するタイムトレースモードで撮像を開始する。この様なタイムトレースモードでも混銑車１がＡ方向に移動しているので混銑車１の展開熱画像を得ることが出来る。
【００２７】
次に第３ステップＳＴ₃の様に混銑車１の先頭車輪２がスタートセンサ７ａを踏み込んでから速度センサ７ｂ及び７ｃを踏み込むまでの時間Ｔを計測して、センサ７ｂ及び７ｃ間の距離Ｌから混銑車１の通過速度Ｖを算出する。
【００２８】
即ち、混銑車１が速度センサ７ｂ及び７ｃを踏み込むと図１に示すパルス信号ＴＳ₁及びＴＳ₂が発生するので、これらパルス信号ＴＳ₁及びＴＳ₂をパルスインタフェース８を介して、ＣＰＵ１６に供給し、速度センサ７ｂ及び７ｃ間の距離Ｌ間の通過時間Ｔを計測して、通過速度ＶをＣＰＵ１６から算出してスピードデータを取得する。
【００２９】
更に、ＣＰＵ１６は速度センサ７ｃ上を通過する混銑車１の通過車輪数（以下ストローブ信号と記す）を計測し、バッファメモリ１０内に記憶する。この様な速度信号、ストローブ信号、熱画像データの取得処理方法を図４で説明する。
【００３０】
赤外カメラ５ａ及び５ｂはスタートセンサ７ａからスタート信号ＴＳ₀が入力されると予め走査時間、フォーカス、レベル、センス等を設定してある条件に従って撮像を開始する。
【００３１】
熱画像データは走査線１８の様に上下方向（垂直方向）に１ライン固定走査することで図５に示す様な展開熱画像データ２０を得る。また、速度センサ７ｃを踏み込んだ時に通過する車輪数であるストローブ信号ＳＳ^Tを得るたびに速度信号ＳＳ^Pを取得する。即ち、図４の様にストローブ信号ＳＳ^Tの番号［１］から次のストローブ信号ＳＳ^Tの番号［１］までは同じ速度信号ＳＳ^Pとして取得している。
【００３２】
上述の様な各種データの取得処理が終了した時点でＣＰＵ１６は第４ステップＳＴ₄に示す様にストローブ信号ＳＳ_T及び速度信号ＳＳ_P並びに熱画像データを１つのファイルとしてバッファメモリ１０に格納する。
【００３３】
次の第５ステップＳＴ₅でＣＰＵ１６は混銑車１が赤外カメラ５ａ及び５ｂ前面を通過したか否かを判断し、“ＮＯ”であれば第３ステップＳＴ₃の頭に戻されるが、“ＹＥＳ”であれば第６ステップＳＴ₆で撮像を終了する。
【００３４】
次に、ＣＰＵ１６は図５の様に混銑車１の展開熱画像データ２０の予め設定されたストローブ信号ＳＳ_Tの番号間（図５では丸で囲まれた矢印部分）の熱画像データを切り出す。
【００３５】
次の第７ステップＳＴ₇ではバッファメモリ１０に格納した展開熱画像データ２０の水平方向の補正を行なう。
【００３６】
即ち、図５の様に水平方向に伸張された展開熱画像データ２０の１ライン走査毎の垂直方向の温度分散を調べて、図６の様に混銑車１と背景部２２との境界を定めるために、背景部２２と混銑車１との温度分散が最大となる位置を求めて、左右端部２３Ｌ及び２３Ｒを決定する。
【００３７】
次にバッファメモリ１０内の速度信号ＳＳ_Pに従って、水平方向のデータを間引いて図６の様に圧縮熱画像データ２１を得る様にする。
【００３８】
次に第８ステップＳＴ₈では混銑車１が上下に揺動するために混銑車１の垂直方向の画素数を１２８画素と定め、垂直方向の１９２画素までのエリアの熱温度の平均が最大となる位置を求めて、図７の様にその位置を垂直方向の上端部２４Ｕ及び下端部２４Ｄとする。
【００３９】
次の第９ステップＳＴ₉では熱画像の特異点を抽出して画像歪の補正を行なう。
【００４０】
上述の第９ステップＳＴ₉では混銑車１の輪郭を認識するために図８に示す様に混銑車の図面から形状特異性のある点、即ち、混銑車１の特徴の或る頂点２５を抽出する。
【００４１】
次に図９の様に混銑車１の輪郭と背景熱画像データ２７との閾値を定めて、この閾値の連続した領域２８を測定対象とし、その領域の境界に接する直線の交点（頂点）２５を求める。
【００４２】
更に、混銑車熱画像データ２６と図面データの各頂点２５が合う様に混銑車１の熱画像データ２６を圧縮或は伸張して図面データ上に混銑車熱画像データ２６を重畳させて、混銑車１の図面データ以外の画像データを切り捨てることで図１０に示す様な補正画像データ３０が得られる。
【００４３】
第１０ステップＳＴ₁₀では補正した熱画像データをバッファメモリ１２等に保存し、ＣＰＵ１６はＣＲＴコントローラ１１やＲＧＢジェネレータ１３を介して疑似カラー画像表示化して、カラーディスプレイ１４等に温度分布をカラー表示させる。勿論カラープリンタ等に複写する様にしてもよい。
【００４４】
本発明の赤外放射温度測定装置又は赤外放射温度測定方法によれば被温度測定体の移動速度が変化したり、形状の幅や奥行等が変化する様に湾曲部分があるものでも温度測定精度が低下して異常検出することがなく、１次元走査のみで精度よく温度データが取得できる。また、混銑車を停止させたり、一定速度で走行させなくても、自動的に温度測定が常時行なわれるので混銑車の運行に支障を生ずることもない。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば下記の各項目に示す効果を得ることが出来る。
（１）被温度測定体の移動速度が可変しても高精度の熱画像データが取得できる。
（２）被温度測定体の形状が湾曲して幅や位置が変化していても、高精度の熱画像データが取得できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外放射温度測定装置の系統図である。
【図２】本発明の赤外放射温度測定装置のフローチャートである。
【図３】被温度測定体と走査方法の説明図である。
【図４】本発明の各種信号及び熱画像取得説明図である。
【図５】本発明の展開熱画像データの切り出し説明図である。
【図６】本発明の熱画像データの間引き説明図である。
【図７】本発明の垂直方向補正説明図である。
【図８】本発明の混銑車の図面からの特異点の抽出方法説明図である。
【図９】本発明の輪郭決定方法説明図である。
【図１０】本発明の熱画像の模式図である。
【図１１】従来の混銑車の説明図である。
【図１２】従来の赤外カメラの走査説明図である。
【符号の説明】
１‥‥混銑車、７ａ‥‥スタートセンサ、７ｂ，７ｃ‥‥速度センサ、５ａ，５ｂ‥‥赤外カメラ、１０‥‥バッファメモリ、１６‥‥ＣＰＵ

Claims

被温度測定体が移動する通路に配設した測定開始位置検出手段と、
上記被温度測定体が移動する通路に配設した移動速度検出手段と、
上記被温度測定体の移動方向に対して垂直方向に走査して熱画像を取得する赤外熱画像撮像手段と、
上記赤外熱画像撮像手段で取得した熱画像データと上記移動速度検出手段で検出した速度信号及びストローブ信号を記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶した上記速度信号及びストローブ信号に基づいて、上記記憶手段に記憶した被温度測定体の水平及び垂直方向或は少なくともいずれか一方向に変位した上記熱画像データの変位演算を行なう演算手段とを具備し、
上記演算手段は、水平方向に伸張された展開熱画像データの１ライン走査毎の温度分散を調べて上記熱画像の背景部と上記被温度測定体との温度分散が最大となる位置を決定し、上記速度信号に従って水平方向の上記熱画像データを間引いて圧縮熱画像を得る処理と共に、
上記圧縮熱画像の垂直方向で該圧縮熱画像の熱温度の平均が最大となる位置を求めて、その位置を圧縮熱画像の上端部及び下端部と決定する様に成し、
上記変位した取得圧縮熱画像データを上記被温度測定体の原寸法に対応して熱画像として疑似カラー表示して成ることを特徴とする赤外放射温度測定装置。
前記赤外熱画像撮像手段で取得した熱画像データ上で前記被温度測定体の図面から特徴のある点を抽出して、該被温度測定体の輪郭を画成し、該輪郭と背景熱画像データとの境界を定めた上で、該境界を構成する複数の直線の交点を求めて、その交点を該被温度測定体の形状的特徴点とすると共に、該形状的特徴点において、該被温度測定体の図面データと一致する様に該熱画像データを伸張、圧縮させて歪補正を行なって成ることを特徴とする請求項１記載の赤外放射温度測定装置。
移動する被温度測定体の所定移動位置で熱画像データの測定を開始して該被温度測定体の移動速度及び熱画像データを赤外熱画像撮像手段で取得する赤外放射温度測定方法であって、
記憶手段に格納した上記熱画像データと上記被温度測定体の移動速度に基づいて、水平方向に伸張された展開熱画像データの１ライン走査毎の温度分散を調べて熱画像の背景部と上記被温度測定体との温度分散が最大となる位置を決定し、速度信号に従って水平方向の上記熱画像データを間引いて圧縮熱画像を得る処理と、
上記圧縮熱画像の垂直方向で該圧縮熱画像の熱温度の平均が最大となる位置を求めて、その位置を該圧縮熱画像の上端部及び下端部と決定する処理とを行って、
上記被温度測定体の水平及び垂直方向或は少なくともいずれか一方向に変位した該熱画像データの変位を演算し、演算結果に基づいて該圧縮熱画像データを該被温度測定体の原寸法に対応した熱画像として疑似カラー表示して成ることを特徴とする赤外放射温度測定方法。