JP6404038B2 - 石炭ガス化炉のスラグ監視装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭ガス化炉のスラグ監視装置及び方法に関するものである。

例えば、石炭をガス化して得られる石炭ガスによりガスタービンを駆動して発電する石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ；Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）システムは、石炭をガス化するための石炭ガス化炉が使用される。
石炭ガス化炉は、下部のコンバスタ部（燃焼室）と上部のリダクタ部（ガス化室）の２段構成になっており、コンバスタ部では、投入された微粉炭とチャーが燃焼しながら旋回流をつくり、リダクタ部へと上昇するが、この時微粉炭やチャーに含まれている灰の成分は、高温の熱により溶融し、遠心力によって炉の水冷壁に付着し、溶融スラグとなって炉の底に流れ落ちる。溶融スラグは、コンバスタ部の底のスラグホールから、水が溜められたスラグホッパ内に落下して急速に冷やされ、ガラス状のスラグとなって炉外へ排出される。

スラグの固化によるスラグホールの閉塞やスラグの流動の不安定化を回避することは、石炭ガス化炉の運転において重要であり、石炭ガス化炉を正常に運転するためにスラグの排出状況の監視が行われている。
下記特許文献１では、滴下するスラグを画像で捕え、画像処理によりスラグの滴下頻度及びスラグ滴の堆積を測定してスラグの流下量を算出してスラグ滴下状態及び炉状態を診断する技術が記載されている。
下記特許文献２では、視覚センサと音響センサの組み合わせによって判定を行い、炉内全体のスラグ動態監視評価を行うことが記載されている。

特開平１−２４８９４号公報 特開平７−３４０７５号公報

ところで、映像等によってスラグ監視をする場合、実証機を長期運用することにより炉内燃焼状況（全体的に明るい、暗い等）の変化や、機器の経年劣化、監視窓の汚れなどが生じるため、画像のレベル低下や画像が不鮮明な状況となり、スラグの認識率が悪くなり、検出精度が低下するという問題があった。
しかしながら従来の方法では、画像レベルが低下したり、画像にボケが生じたりした場合の対処はなされておらず、スラグの認識率が悪くなることを解決できなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スラグ評価精度を向上させる石炭ガス化炉のスラグ監視装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する撮像手段と、各前記撮像画像に対してウォーターシェッドアルゴリズムを用い、前記スラグの落下筋として推定される稜線を検出する稜線検出手段と、各前記撮像画像の所定領域において、推定される前記スラグの落下筋と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、前記稜線と各前記検出ラインとの交点の前記輝度情報と、各前記検出ラインに沿った前記交点の近傍の前記輝度情報との輝度差が、第１閾値以上である場合に、前記稜線は前記スラグの落下筋であると判定する落下筋判定手段とを具備する石炭ガス化炉のスラグ監視装置を提供する。

本発明の構成によれば、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及びスラグホールから流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍が撮像されたそれぞれの撮像画像に対して、ウォーターシェッドアルゴリズムを用いてスラグの落下筋として推定される稜線が検出され、撮像画像の所定領域において、推定されるスラグの落下筋と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから、検出ライン上の輝度情報が取得される。ウォーターシェッドアルゴリズムから検出された稜線と検出ラインとの交点の輝度情報と、該交点の近傍の輝度情報との輝度差が、第１閾値以上である場合に、当該稜線はスラグの落下筋であると判定される。

ウォーターシェッドアルゴリズムは、輝度の変化により領域分割するので雑音や影などの微細な変化に対しても領域分割され、スラグの落下筋以外の箇所でも稜線が検出されることもあるが、本発明は、ウォーターシェッドアルゴリズムによる稜線検出に加え、所定領域の検出ライン毎に取得される輝度情報を組み合わせて判定するので、より正確にスラグを判定できる。

上記石炭ガス化炉のスラグ監視装置の前記落下筋判定手段は、前記交点の近傍の前記輝度情報を、前記交点から前記検出ラインに沿って第１所定間隔離れた第１座標から、該第１座標から前記検出ラインに沿って第２所定間隔離れた第２座標までの区間の輝度の平均値とすることとしてもよい。

このように、交点の近傍の輝度情報は、第２所定間隔の区間の輝度平均値を用いることにより、交点との輝度差をより正確なものとして求めることができる。

本発明は、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する撮像手段と、各前記撮像画像の所定領域において、前記スラグの落下筋が落下すると推定される方向と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、各前記検出ラインの少なくとも一端側から他端側の方向に、前記検出ライン上の隣り合う画素の前記輝度情報を比較し、前記輝度情報の値が下降し始める前記画素をピーク位置として検出するピーク検出手段と、前記ピーク位置から所定画素数連続で前記輝度情報の値が下降した前記画素である指定ドットを検出する指定ドット検出手段と、前記ピーク位置の前記輝度情報と前記指定ドットの前記輝度情報との輝度差が第２閾値以上である場合に、前記ピーク位置を前記スラグの落下筋として判定する落下筋判定手段とを具備する石炭ガス化炉のスラグ監視装置を提供する。

本発明の構成によれば、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍をそれぞれ撮像して取得された撮像画像の所定領域において、推定されるスラグの落下筋と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報が取得される。検出ラインの少なくとも一端側から他端側の方向に向かって、検出ライン上の隣り合う画素の輝度情報が比較され、輝度情報の値が下降し始める画素がピーク位置として検出される。検出されたピーク位置から所定画素数連続で輝度情報の値が下降した画素である指定ドットが検出されると、指定ドットの輝度情報とピーク位置の輝度情報との輝度差が比較され、輝度差が第２閾値以上である場合に、当該ピーク位置がスラグの落下筋として判定される。
このように、ピーク位置から所定画素数連続で輝度が下降して指定ドットがあり、かつ、ピーク位置と指定ドットとの輝度差が第２閾値以上である場合に、ピーク位置をスラグ筋であると判定するので、より正確にスラグの落下筋を判定できる。

上記石炭ガス化炉のスラグ監視装置の前記落下筋判定手段は、前記検出ライン毎に前記スラグの落下筋として判定されたスラグの落下筋の数を計数する計数手段を具備し、前記所定領域において、前記検出ライン毎に計数された前記スラグの落下筋の数のうち最大値を、前記所定領域内の前記スラグの落下筋の数として出力することとしてもよい。

最大数をスラグの落下筋の数として決定することにより、スラグ数を少なく見積もることがないので、安全側に対処できる。

本発明の参考例は、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する撮像手段と、各前記撮像画像の輝度の平均値に応じて設定される二値化レベルを決定する二値化レベル決定手段と、決定された前記二値化レベルによって、前記撮像画像の所定監視対象の各画素を二値化し、前記二値化レベル以上である前記画素をスラグ領域とし、前記スラグ領域の面積を算出する面積算出手段とを具備する石炭ガス化炉のスラグ監視装置を提供する。

本発明の構成によれば、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及びスラグホールから流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍をそれぞれ撮像して取得した撮像画像が、輝度の平均値に応じて二値化レベルが設定され、各画素が二値化レベルに基づいて撮像画像が二値化される。二値化された撮像画像の所定監視対象において、二値化レベル以上である画素をスラグ領域として面積が算出される。

このように、それぞれの撮像画像の輝度の平均値に応じて二値化レベルを設定するので、スラグホール近傍を撮像した撮像画像と、スラグが落下する水面近傍を撮像した撮像画像とで、それぞれ二値化レベルが設定できる。また、各撮像画像が撮像された状況（バックグラウンドの輝度）に応じて二値化レベルが変化することになるので、固定の二値化レベル値を用いる場合と比較して、撮像画像に応じて、より精度よくスラグ筋を判定できる。

本発明は、溶融したスラグが流出するスラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、撮像画像を取得する撮像手段と、前記撮像画像において、落下する前記スラグの筋毎に設定される所定領域の輝度情報の最大値と平均値とに基づいて、前記所定領域毎に二値化レベルを決定する二値化レベル決定手段と、決定された前記二値化レベルによって前記所定領域毎に各画素を二値化し、前記二値化レベル以上である前記画素をスラグ領域とし、前記スラグ領域の面積を算出する面積算出手段とを具備する石炭ガス化炉のスラグ監視装置を提供する。

本発明の構成によれば、溶融したスラグが流出するスラグホールから流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像して取得した撮像画像において、推定されるスラグ毎に設定される所定領域の輝度情報の最大値と平均値とに基づいて二値化レベルが決定され、決定された二値化レベルによって所定領域の各画素を二値化し、二値化レベル以上である画素をスラグ領域とし、スラグ領域の面積が算出される。

本発明によれば、１つの撮像画像に複数のスラグ筋が含まれている場合には、それぞれのスラグ筋に対して異なる所定領域が設定され、所定領域毎に二値化レベルが求められ、二値化が所定領域毎に行われる。これによって、例えば、２つのスラグ筋のうち、一方は明確にスラグ筋が判別（輝度が高い）でき、他方はぼやけている（輝度が低い）ような場合であっても、それぞれの輝度に応じた二値化レベルが設定されるため、正しくスラグ筋の面積算出ができる。

長期間運転され経年劣化によって監視窓の汚れ等が生じて画像にボケが発生する場合や、複数のスラグがあり撮像手段からそれぞれのスラグまでの距離が異なる（遠近がある）場合等には、一方のスラグに焦点を当てると他方のスラグの認識率が低下するという問題があった。本発明によれば、スラグ筋を含む所定領域に応じて二値化レベルを求めるので、スラグ毎に適切な二値化レベルが設定され、より正確にスラグを判定できる。

上記石炭ガス化炉のスラグ監視装置の前記二値化レベル決定手段は、前記所定領域内の前記輝度情報の最大値と前記所定領域内の前記輝度情報の平均値との差に係数を乗算し、該乗算結果と前記輝度情報の平均値とを加算することにより前記二値化レベルを算出することが好ましい。

これにより、所定領域内の輝度状況に応じた二値化レベルが簡便に設定でき、スラグ筋の面積を正確に求めることができる。

本発明は、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する第１過程と、各前記撮像画像に対してウォーターシェッドアルゴリズムを用い、前記スラグの落下筋として推定される稜線を検出する第２過程と、各前記撮像画像の所定領域において、推定される前記スラグの落下筋と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報を取得する第３過程と、前記稜線と各前記検出ラインとの交点の前記輝度情報と、各前記検出ラインに沿った前記交点の近傍の前記輝度情報との輝度差が、第１閾値以上である場合に、前記稜線は前記スラグの落下筋であると判定する第４過程とを有する石炭ガス化炉のスラグ監視方法を提供する。

本発明は、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する第１過程と、各前記撮像画像の所定領域において、前記スラグの落下筋が落下すると推定される方向と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報を取得する第２過程と、各前記検出ラインの少なくとも一端側から他端側の方向に、前記検出ライン上の隣り合う画素の前記輝度情報を比較し、前記輝度情報の値が下降し始める前記画素をピーク位置として検出する第３過程と、前記ピーク位置から所定画素数連続で前記輝度情報の値が下降した前記画素である指定ドットを検出する第４過程と、前記ピーク位置の前記輝度情報と前記指定ドットの前記輝度情報との輝度差が第２閾値以上である場合に、前記ピーク位置を前記スラグの落下筋として判定する第５過程とを有する石炭ガス化炉のスラグ監視方法を提供する。

本発明の参考例は、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する第１過程と、各前記撮像画像の輝度の平均値に応じて設定される二値化レベルを決定する第２過程と、決定された前記二値化レベルによって、前記撮像画像の所定監視対象の各画素を二値化し、前記二値化レベル以上である前記画素をスラグ領域とし、前記スラグ領域の面積を算出する第３過程とを有する石炭ガス化炉のスラグ監視方法を提供する。

本発明は、溶融したスラグが流出するスラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、撮像画像を取得する第１過程と、前記撮像画像において、落下する前記スラグの筋毎に設定される所定領域の輝度情報の最大値と平均値とに基づいて、前記所定領域毎に二値化レベルを決定する第２過程と、決定された前記二値化レベルによって前記所定領域毎に各画素を二値化し、前記二値化レベル以上である前記画素をスラグ領域とし、前記スラグ領域の面積を算出する第３過程とを有する石炭ガス化炉のスラグ監視方法を提供する。

本発明は、スラグの評価精度を向上できるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るスラグ監視装置の全体構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るウォーターシェッドアルゴリズムを用いて稜線を求める過程で得られる画像の一例である。 スラグホールカメラ及び水面カメラによって得られた画像の一例を示す図である。 スラグホール画像及び水面画像の関心領域の検出ラインの一例を示す図である。 １つの検出ラインから得られる座標に対する輝度情報を示した図の一例である。 各検出ラインから検出されたスラグ筋数を一覧表示した図の一例である。 本発明の第１の実施形態に係るスラグ監視装置の動作フローである。 本発明の第２の実施形態に係るスラグ監視装置の全体構成図である。 本発明の第２の実施形態に係るスラグ監視装置で検出ラインのピーク輝度追跡を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係るスラグ監視装置の動作フローである。 （ａ）第１の実施形態に係るスラグ監視装置によって、スラグホールのスラグ筋数を計測した結果と第２の実施形態に係るスラグ監視装置によってスラグ筋数を計測した結果、（ｂ）図１１（ａ）のうち数の多い方をスラグ筋数として出力した結果、（ｃ）従来の方法によってスラグ筋数を計測した結果の比較の図の一例である。 （ａ）第１の実施形態に係るスラグ監視装置によって、水面のスラグ筋数を計測した結果と第２の実施形態に係るスラグ監視装置によってスラグ筋数を計測した結果、（ｂ）図１２（ａ）のうち数の多い方をスラグ筋数として出力した結果、（ｃ）従来の方法によってスラグ筋数を計測した結果の比較の図の一例である。 本発明の第３の実施形態に係るスラグ監視装置の全体構成図である。 本発明の第３の実施形態に係るスラグ監視装置の二値化レベル決定部が有するＦｘ設定の図の一例である。 本発明の第３の実施形態に係るスラグ監視装置の動作フローである。 （ａ）本発明の第３の実施形態に係るスラグ監視装置によって、スラグホールのスラグ筋の面積率を算出した結果と、（ｂ）従来の方法によって算出された面積率の結果との比較図の一例である。 （ａ）本発明の第３の実施形態に係るスラグ監視装置によって、水面のスラグ筋の面積率を算出した結果と、（ｂ）従来の方法によって算出される面積率の結果との比較図の一例である。 本発明の第４の実施形態に係るスラグ監視装置の全体構成図である。 本発明の第４の実施形態に係るスラグ監視装置の動作フローである。 （ａ）従来の方法によって算出される面積率の結果と、（ｂ）本発明の第３の実施形態に係るスラグ監視装置によって水面のスラグ筋の面積率を算出した結果と、（ｃ）本発明の第４の実施形態に係るスラグ監視装置によって、水面のスラグ筋の面積率を算出した結果との比較図の一例である。

以下に、本発明に係る石炭ガス化炉のスラグ監視装置及び方法の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、実施形態の説明においては、本発明の石炭ガス化炉のスラグ監視装置が、石炭ガス化複合発電プラントに適用されるものを想定して説明するが、本発明の石炭ガス化炉のスラグ監視装置は、これに限定されるものではない。

〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態に係る石炭ガス化炉のスラグ監視装置１００の全体構成図である。
石炭ガス化炉のスラグ監視装置（以下、「スラグ監視装置」という）１００は、石炭ガス化炉１において石炭をガス化する過程で発生するスラグの流動状況を監視する装置である。石炭ガス化炉１は、石炭とガス化剤（空気、酸素富化空気、Ｏ２等）とが投入され、石炭を燃焼させるコンバスタ１Ｃと、石炭が投入され、ガス化させるリダクタ１Ｒと、コンバスタ１Ｃから排出される溶融スラグを回収するスラグ排出筒４とを含んでいる。
コンバスタ１Ｃは、スラグタップ２と、スラグホール３とが設けられている。

コンバスタ１Ｃは、内部に投入された微粉炭やチャーを燃焼させ、石炭から可燃ガスを発生させるものである。さらに、燃焼後の灰分が溶けた溶融スラグは、コンバスタ１Ｃ内で生成される。コンバスタ１Ｃの内部では旋回流れが形成されるため、溶融スラグはコンバスタ１Ｃ本体の内周面に付着して下方のスラグタップ２に向かって流れ落ちる。
スラグタップ２には、燃焼後の灰分が溶融スラグとなって溜まる。スラグタップ２の略中央には、溶融スラグをスラグホッパ（後述する）５の冷却水に導くスラグホール３が配置されている。

スラグタップ２は、コンバスタ１Ｃの下方に配置される円錐状の部材であって、コンバスタ１Ｃ本体の中央に向かって下方に傾く面を有する。このように構成することで、コンバスタ１Ｃから流れ落ちてきた溶融スラグはコンバスタ１Ｃ本体の中央のスラグホール３に導かれる。
スラグホール３は、スラグタップ２からスラグホッパ５の冷却水に溶融スラグを導くものであり、スラグホール３の縁には、堰と、排出されるスラグの流出を案内する溝（流出案内溝）が複数（例えば２つ、１８０度間隔で対向する位置）形成される。流出案内溝の断面積は、２条のスラグ流が定常的に流下するように設計されている。

溶融スラグは、石炭ガス化炉１の運転状態、つまり、コンバスタ１Ｃの内部条件によって、連続して冷却水中に落下したり、断続的に落下したりする。
スラグ排出筒４は、図１に示すように、石炭ガス化炉１の下方（鉛直方向側）に設けられる。スラグ排出筒４の下方には、スラグホッパ５を備えており、スラグホール３から排出された溶融スラグを冷却する冷却水が貯留される。
スラグ排出筒４の下部には、スラグ溜め７が設けられており、スラグホッパ５に落下して固化したスラグ（固化スラグ）８Ｒが溜められる。
溶融スラグは、スラグホール３から排出されて、スラグホッパ５の冷却水中に堆積され、堆積量が多くなると冷却水の水面５Ｈ付近及び水面５Ｈを超えて堆積される。

スラグ監視装置１００は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、コンピュータ読み取り可能な記録媒体等の補助記憶装置、キーボードやディスプレイやスピーカなどの入出力装置、及び外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置などを備えている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
具体的には、スラグ監視装置１００は、撮像部（撮像手段）１０１と、稜線検出部（稜線検出手段）１０２と、輝度情報取得部（輝度情報取得手段）１０３と、落下筋判定部（落下筋判定手段）１０４とを備えている。

撮像部１０１は、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホール３から流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する。撮像部１０１は、例えば、カメラを含む。具体的には、撮像部１０１は、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍を撮像したスラグホール画像を取得するためのスラグホールカメラ１１と、スラグホール３から流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像した水面画像を取得するための水面カメラ１２とを含む。

スラグホールカメラ１１は、スラグ排出筒４の側壁の外側に設けられている。スラグホールカメラ１１は、スラグ排出筒４の側壁に設けられているスラグホール監視窓を介してスラグホール３及びスラグホール３の近傍（周辺）を撮像し、スラグホール画像を生成する。スラグホール画像は、輝度分布データを含んでおり、スラグホール３の輝度分布データは、スラグホール画像に含まれる各画素の輝度を示すデータで構成されている。

水面カメラ１２は、スラグ排出筒４の側壁の外側に設けられている。水面カメラ１２は、スラグ排出筒４の側壁に設けられている水面監視窓を介して冷却水の水面５Ｈを撮像し、水面画像を生成する。水面画像は、輝度分布データを含んでおり、水面５Ｈの輝度分布データは、水面画像に含まれる各画素の輝度で構成されている。

稜線検出部１０２は、各撮像画像（スラグホール画像及び水面画像）に対してウォーターシェッドアルゴリズム（分水嶺方式、分水界方式）を用い、スラグの落下筋として推定される稜線を検出する。ウォーターシェッドアルゴリズムは、領域分割手法の１つであり、画像の輝度勾配を山に見立て、画像（画素）の輝度値を山の標高、輝度値の極小値、極大値をそれぞれ谷底、尾根とみなし、尾根の位置から水が流れ込む区域を一つの領域として領域分割するアルゴリズムであり、周知の技術である。

図２は、ウォーターシェッドアルゴリズムを用いて、スラグホール画像から得られる稜線Ｘを含む画像の一例である。
具体的には、稜線検出部１０２は、スラグホールカメラ１１及び水面カメラ１２から取得される画像（例えば、カラー動画像）を取得すると、取得した各動画像から所定回数（例えば、１０回）連続キャプチャして平均画像を作成する。稜線検出部１０２は、キャプチャされた所定枚数（例えば、１０枚）の平均画像を白黒変換して、１枚の白黒画像を生成し、白黒画像をスムージング関数等によって平滑化する。

ウォーターシェッドアルゴリズムは、輝度の変化で領域分割するため、雑音や影などの微細な変化に対しても領域分割することになる。結果として過剰分割になるため、過剰分割を防ぐために、雑音や影の影響を軽減するようにスムージング関数等が用いられて予め入力画像に対して平滑化処理が行われている。
稜線検出部１０２は、スラグホール画像及び水面画像に対してウォーターシェッド処理をする。ウォーターシェッド処理では、設定パラメータをＭｖ（Ｍｉｎ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）値とし、デフォルトを「１」とする。

ウォーターシェッドアルゴリズムでは、Ｍｖ値を増加させると、スラグホール画像及び水面画像に設定された関心領域（後述する）の稜線Ｘが徐々に減少するが、Ｍｖ値を１ずつインクリメントしたときに、連続して２回関心領域の稜線数が変化しないときの値を稜線として決定し、処理を終了する。
このようなウォーターシェッドアルゴリズムが適用されることにより、図２に示されるように稜線Ｘ（ひび割れのように示されている線）が検出される。

ここで、関心領域とは、スラグホール画像及び水面画像に設定される、処理対象となる画像領域である。

図３には、スラグホールカメラ１１によって取得されたスラグホール画像９Ｈと、水面カメラ１２によって取得された水面画像９Ｗと、関心領域ＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）が示されている。スラグホール画像９Ｈには、スラグホール３とその近傍（周辺）が含まれており、水面画像９Ｗには、スラグの筋（以下「スラグ筋」という）が流れ落ちる水面５Ｈ近傍が含まれている。

スラグホール画像９Ｈには、関心領域としてＲＯＩ（１）、ＲＯＩ（２）、ＲＯＩ（ｓ）、ＲＯＩ（ＳＬ）が設定され、水面画像９Ｗには、関心領域としてＲＯＩ（３）、ＲＯＩ（４）、ＲＯＩ（５）、ＲＯＩ（ｗ）、ＲＯＩ（ＷＬ）が設定される。
スラグの流動状況を監視する場合、スラグホール３から流下するスラグ筋８Ａ、８Ｂを検出し、着目する。

ＲＯＩ（ｓ）は、スラグホール３及びスラグの流下筋８Ａ，８Ｂを含む領域とする。具体的には、ＲＯＩ（ｓ）は、ＲＯＩ（１）とＲＯＩ（２）とＲＯＩ（ＳＬ）とを含む領域である。
ＲＯＩ（１）は、ＲＯＩ（ｓ）で設定された領域内のスラグホール３と、スラグ筋８Ａ，８Ｂを含む矩形状領域である。ＲＯＩ（１）の高輝度部面積及び低輝度部面積を評価パラメータとして算出することにより、スラグ流動判定及びスラグホール監視カメラ窓水洗浄ガイダンスの評価を行える。ＲＯＩ（１）の高輝度部面積とは、ＲＯＩ（１）において所定値よりも輝度が高い領域の面積である。また、ＲＯＩ（１）の低輝度面積とは、ＲＯＩ（１）において所定値よりも輝度が低い領域の面積である。

ＲＯＩ（２）は、スラグホール３の開口部の監視域を含む矩形状領域である。ＲＯＩ（２）の高輝度部面積を評価パラメータとして算出することにより、スラグホール閉塞（スラグ落下注意）及びスラグ溶融バーナ点火ガイダンスの評価を行える。ＲＯＩ（２）の開口部高輝度面積とは、ＲＯＩ（２）において所定値よりも輝度が高い領域の面積である。
なお、スラグホール３を撮像するスラグホールカメラ１１は、スラグホール３を斜め下から撮像するので、スラグホール画像９Ｈにおいてスラグホール３は楕円状で示される。

ＲＯＩ（ＳＬ）は、スラグホール３から流下されるスラグ筋を検出する所定領域である。スラグの流動状況を監視する場合に用いられる評価パラメータは、スラグホール３から流下するスラグ筋の本数である。

ＲＯＩ（ｗ）は、水面に落下するスラグ筋を含む領域である。具体的には、ＲＯＩ（ｗ）は、ＲＯＩ（３）とＲＯＩ（４）とＲＯＩ（５）とＲＯＩ（ＷＬ）とを含む領域である。
ＲＯＩ（３）は、水面部のスラグ落下状況（例えば、２筋）を含む矩形状領域であり、スラグの流動状況を監視する際に用いられる評価パラメータは、時間域輝度変動量及び低輝度部面積である。時間域輝度変動量とは、ＲＯＩ（３）において、処理周期毎の輝度の変動量である。また、ＲＯＩ（３）の低輝度面積とは、ＲＯＩ（３）において、所定値よりも輝度が低い領域の面積である。
ＲＯＩ（４）は、水面５Ｈに落下するスラグ筋２筋のうちの１本（紙面左側；８Ａ）の水面５Ｈへの突入域を含む領域であり、ＲＯＩ（５）は、水面５Ｈに落下するスラグ筋２筋のうちの１本（紙面右側；８Ｂ）の水面５Ｈへの突入域を含む領域である。

ＲＯＩ（４）及びＲＯＩ（５）の高輝度部面積を評価パラメータとして算出することにより、水面部スラグ堆積注意が判定できる。ＲＯＩ（４）、ＲＯＩ（５）の高輝度面積とは、スラグ筋８Ａ、８Ｂが水面５Ｈへ落下する領域を示すＲＯＩ（４）、ＲＯＩ（５）において、所定値よりも輝度が高い領域の面積である。
ＲＯＩ（ＷＬ）は、水面へ落下するスラグ筋を検出する所定領域である。
なお、スラグ筋の本数は、基本的には、スラグホール３の縁に形成される流出案内溝の本数による。

輝度情報取得部１０３は、各撮像画像（スラグホール画像及び水面画像）の所定領域において、推定されるスラグの落下筋と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報を取得する。例えば、図４に示されるように、輝度情報取得部１０３は、スラグホール画像９Ｈに対して、ＲＯＩ（ＳＬ）を所定領域とし、水面画像９Ｗに対して、ＲＯＩ（ＷＬ）を所定領域とし、スラグ筋が鉛直方向（紙面の上下方向）に落下している場合には、水平方向に複数（例えば、１０本）の検出ラインＰを設け、設けられた複数の検出ラインＰのそれぞれから輝度情報を取得する。

スラグ筋の検出は、ＲＯＩ内の平均輝度が、下記（１）式の時に検出モードとする。
Ｂ１（＝２０）＜検出範囲＜Ｂ２（＝２００） （１）
ここで、Ｂ１及びＢ２の値は、輝度レベル（８Ｂｉｔ分解能で０〜２５５の値）に対して設定している。
Ｂ１及びＢ２はパラメータであり、任意に設定されるものとする。括弧内の数字はデフォルト値とする。Ｂ１設定は、監視窓汚れが発生した場合、Ｂ２はカメラ映像の飽和現象を想定した対策で、誤検出防止を目的としている。

落下筋判定部１０４は、稜線Ｘと各検出ラインＰとの交点の輝度情報と、各検出ラインＰに沿った交点の近傍の輝度情報との輝度差が、第１閾値以上である場合に、稜線Ｘはスラグの落下筋であると判定する。また、落下筋判定部１０４は、交点の近傍の輝度情報を、交点から検出ラインＰに沿って第１所定間隔離れた第１座標ｅ１から、該第１座標ｅ１から検出ラインＰに沿って第２所定間隔離れた第２座標ｅ２までの区間の輝度の平均値とする。

図５及び図６を用いて、落下筋判定部１０４について説明する。
スラグホールカメラ１１及び水面カメラ１２から取得した映像信号は、Ａ／Ｄ変換８ビット分解能で０から２５５の値を有しており、ＲＯＩ（ＳＬ）及びＲＯＩ（ＷＬ）内の全ての検出ラインＰから輝度情報（輝度分布）が得られるようになっている。
図５は、関心領域ＲＯＩ（ＳＬ）内の１つの検出ラインＰから得られる輝度情報の一例を示しており、横軸に検出ラインＰの座標、縦軸に輝度レベルが示されている（図５の実線を参照）。稜線検出部１０２によりウォーターシェッドアルゴリズムによって検出した稜線Ｘの座標と検出ラインＰの輝度情報との交点は、点（・）を付している。図５では、輝度情報のグラフの２つの頂点と重なっている。

ここで、第１所定間隔をＬとし、第２所定間隔をΔＬとする。稜線Ｘの座標と検出ラインＰの輝度情報との交点から、検出ラインＰに沿って第１所定間隔Ｌ離れた第１座標ｅ１から、第１座標ｅ１から検出ラインＰに沿って交点とは反対側に第２所定間隔ΔＬ離れた第２座標ｅ２までの区間の輝度の平均値を求める。
交点の輝度情報と上記求めた平均値との輝度差を算出し、輝度差が第１閾値以上であれば、この交点（点・を付した位置）はスラグ筋であると判断する。交点が複数あれば、各交点に対してそれぞれ輝度差を算出して、全ての交点がスラグ筋であるか否かを判断する。
なお、第１所定間隔Ｌ及び第２所定間隔ΔＬは、プラントの大きさや現地でスラグ筋の大きさ等の状況を見ながら、監視員によってプラント毎に設定される値とする。

また、落下筋判定部１０４は、検出ラインＰ毎にスラグの落下筋として判定されたスラグの落下筋の数を計数する計数部（計数手段）１１０を具備しており、所定領域において、検出ライン毎に計数されたスラグの落下筋の数のうち最大値を、所定領域内の前記スラグの落下筋の数として出力する。
図６は、関心領域ＲＯＩ（ＳＬ）内の１０本の検出ラインＰのそれぞれにおいて、判断されたスラグ筋の本数の一例が記載されている。ここで示されるスラグ筋の最大数を、当該関心領域ＲＯＩにおけるスラグ筋の本数であると決定する。図６においては、最大数が「２」なので、当該関心領域ＲＯＩ（ＳＬ）では、検出されたスラグ筋を「２」本として出力する。
スラグ監視装置１００は、このように検出されたスラグ筋の本数をデータ管理するとともに、炉内スラグ評価の一パラメータとする。

また、スラグ監視装置１００は、さらに分光計１０及び落下音センサ１３を備える。
分光計１０は、スラグ排出筒４の側壁の外側に設けられている。分光計１０は、スラグホール３の中心部（微少域）を視野にして、スラグホール観察窓を通して、スラグホール３の中心部の温度を測定する。
落下音センサ１３は、スラグが冷却水の水面５Ｈに落下した音を観測する。
落下音センサ１３は、スラグホッパ５の冷却水の水中に設けられている。落下音センサ１３としては、例えば、ハイドロホンを用いることができる。落下音センサ１３は、自身に入力される音を電気信号に変換して出力する。

分光計１０は、専用ＩＦボード（図示略）に接続されており、測定されたスラグホール３の中心温度を示す温度データが、専用ＩＦで生成されるようになっている。

落下音センサ１３が出力する電気信号は、増幅器（図示略）で増幅され、スラグがスラグホッパ５の冷却水に落下するときに発生する落下音の帯域成分を含む所定帯域の信号が通過され、アナログ信号からディジタル信号に変換される。
スラグ監視装置１００は、落下音センサ１３により検出される落下音から、スラグホール３からスラグが連続して落下しているか、断続的に落下しているか、あるいは落下していないかを判定する。

スラグ溜め７の周囲には、スラグ溜め７の冷却水中に存在する固化したスラグ（固化スラグ）８Ｒを観測する水中スラグ観測部１４が設けられる。水中スラグ観測部１４は、落下音センサ１３の下方に配置される。本実施形態において、水中スラグ観測部１４は、検出波を発信する複数（本実施形態では４個）の送波センサ１４Ｔと、送波センサ１４Ｔが発信した検出波を受信する、複数（本実施形態では４個）の受波センサ１４Ｒとで構成される。水中スラグ観測部１４は、送波センサ１４Ｔから発信した検出波の減衰度合いを受波センサ１４Ｒで検出することにより、スラグ溜め７内の固化スラグ８Ｒを観測する。固化スラグ８Ｒの存在により、検出波が減衰することを利用して、送波センサ１４Ｔから発信された検出波が大きく減衰している受波センサ１４Ｒが存在する場合、この受波センサ１４Ｒと、検出波を発信した送波センサ１４Ｔとの間に固化スラグ８Ｒが存在すると判定できる。

次に、本実施形態に係るスラグ監視装置１００の作用を図１から図７を用いて説明する。図７は、本実施形態に係るスラグ監視装置１００の動作フローである。
スラグホールカメラ１１はスラグホール近傍をカラー動画によって撮像しており、水面カメラ１２は水面５Ｈ近傍をカラー動画によって撮像している。解析開始指令を取得すると、スラグホールカメラ１１及び水面カメラ１２から取得される動画像から１０枚の画像キャプチャが行われる（図７のステップＳＡ１）。キャプチャされた１０枚の画像から白黒変換された白黒画像が１枚生成される（図７のステップＳＡ２）。

生成された白黒画像はスムージング関数によって平滑化される（図７のステップＳＡ３）。ウォーターシェッド処理によって稜線検出される（図７のステップＳＡ４）。ウォーターシェッド処理によって検出された稜線Ｘと、関心領域の各検出ラインＰから検出された輝度情報とに基づいて決定される交点の輝度情報と、交点から所定距離離れた交点の近傍の輝度情報とに基づいてスラグ筋が決定される（図７のステップＳＡ５）。関心領域のスラグ筋が決定されると、このスラグ筋の数について評価が行われる（図７のステップＳＡ６）。

以上説明してきたように、本実施形態に係る石炭ガス化炉１のスラグ監視装置１００及び方法によれば、溶融したスラグが流出するスラグホール３近傍、及びスラグホール３から流出したスラグが落下する冷却水の水面５Ｈ近傍が撮像されたそれぞれの撮像画像に対して、ウォーターシェッドアルゴリズムを用いてスラグの落下筋として推定される稜線Ｘが検出され、撮像画像の所定領域において、推定されるスラグの落下筋と交差する方向に設けられる複数の検出ラインＰから、検出ラインＰ上の輝度情報が取得される。ウォーターシェッドアルゴリズムから検出された稜線Ｘと検出ラインＰとの交点の輝度情報と、該交点の近傍の輝度情報との輝度差が、第１閾値以上である場合に、当該稜線Ｘはスラグの落下筋であると判定され、落下筋の数が出力される。

ウォーターシェッドアルゴリズムでは、輝度の変化により領域分割するので雑音や影などの微細な変化に対しても領域分割され、スラグの落下筋以外の箇所でも稜線Ｘが検出されることも推定されるが、本発明は、ウォーターシェッドアルゴリズムによる稜線Ｘの検出に加え、所定領域の検出ライン毎に取得される輝度情報を組み合わせて判定するので、より正確にスラグを判定でき、より正確なスラグ落下筋の数が出力される。

これにより、炉内燃焼状況の変化（全体的に明るい、暗い）や、機器状況の変化（経年劣化や監視窓の汚れ等）により取得画像のレベル低下やボケ等が発生した場合であっても、確実にスラグ筋を識別することができる。
ガス化炉内のスラグ動態の診断に関し、スラグホールからの排出及びスラグ排出塔内のスラグ状況を一連監視することによりガス化炉内のスラグ動態をリアルタイムで総合的に監視評価する装置において、炉内評価精度が向上する。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明の第２の実施形態について図８から図１２を用いて説明する。本第２の実施形態に係るスラグ監視装置は、関心領域の検出ラインから検出される輝度情報の値を追いかけることによってスラグ筋を判定する点で第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図８には、本実施形態に係るスラグ監視装置１００ａの全体構成図が示されている。スラグ監視装置１００ａは、撮像部（撮像手段）１０１と、輝度情報取得部（輝度情報取得手段）１０３と、ピーク検出部（ピーク検出手段）１０５と、指定ドット検出部（指定ドット検出手段）１０６と、落下筋判定部（落下筋判定手段）１０４ａとを備えている。
撮像部１０１は、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍を撮像したスラグホール画像、及び該スラグホールから流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像した水面画像をそれぞれ取得する。

輝度情報取得部１０３は、スラグホール画像及び水面画像の所定領域において、スラグの落下筋が落下すると推定される方向と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報を取得する。本実施形態においては、スラグホール画像の所定領域を、関心領域ＲＯＩ（ＳＬ）に設定し、水面画像の所定領域を、関心領域ＲＯＩ（ＷＬ）に設定する。

ピーク検出部１０５は、各検出ラインの少なくとも一端側から他端側の方向に、検出ライン上の隣り合う画素の輝度情報を比較し、輝度情報の値が下降し始める画素をピーク位置として検出する。
指定ドット検出部１０６は、ピーク位置から所定画素数連続で輝度情報の値が下降した画素である指定ドットを検出する。

落下筋判定部１０４ａは、ピーク位置の輝度情報と指定ドットの輝度情報との輝度差が第２閾値以上である場合に、ピーク位置をスラグの落下筋として判定する。また、落下筋判定部１０４ａは、検出ライン毎にスラグの落下筋として判定されたスラグの落下筋の数を計数する計数部（計数手段）１１０を具備しており、所定領域において、検出ライン毎に計数されたスラグの落下筋の数のうち最大値を、所定領域内の前記スラグの落下筋の数として出力する。

次に、本実施形態に係るスラグ監視装置１００ａの作用を図８から図１０を用いて説明する。ここでは、スラグホール画像９Ｈの関心領域ＲＯＩ（ＳＬ）からスラグ筋を判定する場合を例に挙げて説明する。図９は、横軸は、スラグホール画像９Ｈの関心領域ＲＯＩ（ＳＬ）の検出ラインの座標とし、縦軸には、ＲＯＩ（ＳＬ）内の１０本の検出ラインのうち、１つの検出ライン上の座標で得られた輝度情報を輝度レベルとし、座標と輝度レベルの関係を示す一例を示している。
スラグホールカメラ１１はスラグホール近傍をカラー動画によって撮像しており、水面カメラ１２は水面５Ｈ近傍をカラー動画によって撮像している。解析開始指令を取得すると、スラグホールカメラ１１及び水面カメラ１２から取得される動画像から１０枚の画像キャプチャが行われる（図１０のステップＳＢ１）。キャプチャされた１０枚の画像から白黒変換された白黒画像が１枚生成される（図１０のステップＳＢ２）。

生成された白黒画像はスムージング関数によって平滑化される（図１０のステップＳＢ３）。平滑化された画像は、関心領域ＲＯＩ（ＳＬ）及び関心領域ＲＯＩ（ＷＬ）が設定され、複数の検出ラインのそれぞれから輝度情報が取得される（図１０のステップＳＢ４）。検出ラインの輝度情報のうち、紙面左側から座標中央に向かって画素毎に輝度レベルが比較され、追跡される（図１０のステップＳＢ５）。検出ライン上の隣り合う画素の輝度情報が比較され、輝度情報の値が下降し始める画素がピーク位置として検出され、ピーク位置から所定画素数連続で輝度情報の値が下降した画素である指定ドットが検出される（図１０のステップＳＢ６）。同様に、紙面右側から座標中央に向かって画素毎に輝度レベルを比較して追跡し、ピーク位置及び指定ドットが検出される（図１０のステップＳＢ５及びステップＳＢ６を繰り返す）。

ピーク位置の輝度情報と指定ドットの輝度情報との輝度差が第２閾値以上であると判定された場合に、ピーク位置がスラグ筋であると判定される（図１０のステップＳＢ７）。ＲＯＩ内の全ての検出ラインについて、ステップＳＢ５からステップＳＢ７が繰り返され、それぞれスラグ筋の本数の判定がなされ、ＲＯＩ内で最も大きい値が、当該ＲＯＩのスラグ本数と決定される（図１０のステップＳＢ８）。関心領域のスラグ筋が決定されると、このスラグ筋の数について評価が行われる（図１０のステップＳＢ９）。
本処理は、関心領域ＲＯＩ（ＳＬ）及びＲＯＩ（ＷＬ）の複数の検出ラインに対してそれぞれ行う。

以上説明してきたように、本実施形態に係る石炭ガス化炉１のスラグ監視装置１００ａ及び方法によれば、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホール３から流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍をそれぞれ撮像して取得された撮像画像の所定領域において、スラグの落下筋が落下すると推定される方向と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報が取得される。検出ラインの少なくとも一端側から他端側の方向に向かって、検出ライン上の隣り合う画素の輝度情報が比較され、輝度情報の値が下降し始める画素がピーク位置として検出される。

検出されたピーク位置から所定画素数連続で輝度情報の値が下降した画素である指定ドットが検出されると、指定ドットの輝度情報とピーク位置の輝度情報との輝度差が比較され、輝度差が第２閾値以上である場合に、当該ピーク位置がスラグの落下筋として判定され、所定領域のスラグの落下筋の数が出力される。
このように、ピーク位置から所定画素数連続で輝度が下降して指定ドットがあり、かつ、ピーク位置と指定ドットとの輝度差が第２閾値以上である場合に、ピーク位置をスラグ筋であると判定するので、正確にスラグの落下筋を判定でき、スラグの落下筋の正確な本数が出力できる。

なお、第１の実施形態と本第２の実施形態の方法を組み合わせ、両者で求めたスラグ筋数の多い方を最終的なスラグ筋として判定してもよく、これにより、より正確なスラグ筋が判定できる。

ここで、図１１（ａ）には、本第２の実施形態に係るスラグ監視装置１００ａによりスラグホールを観測した結果（実線；ピーク輝度追跡）と、第１の実施形態に係るスラグ監視装置１００によりスラグホールを観測した結果（点線；ＷＴＳ＋輝度）を重ね合わせて表示している。図１１（ａ）に基づいて、スラグ筋の本数が多い方を最終的なスラグ筋としてグラフ化したのが、図１１（ｂ）である。図１１（ｃ）は、従来の空間フィルタ法によって観測した結果を示している。

図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、突発的な事象変化による誤検出を回避するためオフディレー動作機能（例えば、“０”本が３回連続で“０”本とし、「３回」は設定値）を組み入れている。図１１（ｂ）と図１１（ｃ）を比較すると、図１１（ｂ）（第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせて検出）の場合は、全て有数（１本以上）のスラグ筋が検出されている。一方、従来法は、高い頻度でスラグ筋の本数が変化しており、スラグ筋の本数も０から２本で推移し、スラグ筋を認識出来ないケースが多々発生している。
このように、従来検出できなかった事象（画像のレベル低下やボケなどが発生した場合）でも、安定した検出が可能である。

図１２（ａ）には、本第２の実施形態に係るスラグ監視装置１００ａにより水面を観測した結果（実線；ピーク輝度追跡）と第１の実施形態に係るスラグ監視装置１００により水面を観測した結果（点線；ＷＴＳ＋輝度）とを重ね合わせて表示している。図１２（ａ）に基づいて、スラグ筋の本数が多い方を最終的なスラグ筋としてグラフ化したのが、図１２（ｂ）である。図１２（ｃ）は、従来の空間フィルタ法によって観測した結果を示している。水面画像においても、図１１と同様な傾向が見られた。

図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、突発的な事象変化による誤検出を回避するためオフディレー動作機能（例えば、“０”本が３回連続で“０”本とし、「３回」は設定値）を組み入れている。
図１２（ｂ）と図１２（ｃ）を比較すると、図１２（ｂ）（第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせて検出）の場合は、全て有数（１本以上）のスラグ筋が検出され安定している。一方、従来法は、高い頻度でスラグ筋の本数が変化しており、スラグ筋の本数も０から３本で推移し、スラグ筋を認識出来ないケースが多々発生している。
図１１同様に、従来検出できなかった事象（画像のレベル低下やボケなどが発生した場合）でも、安定した検出が可能である。

〔第３の実施形態〕
以下、本発明の第３の実施形態について図１３から図１５を用いて説明する。本第３の実施形態に係るスラグ監視装置は、監視対象とする画像のバックグラウンドの輝度状況から二値化レベルを決定して、スラグ筋の面積を求める点で第１の実施形態、第２の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態、第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図１３には、本実施形態に係るスラグ監視装置１００ｂの全体構成図を示している。
図１３に示されるように、スラグ監視装置１００ｂは、撮像部（撮像手段）１０１と、二値化レベル決定部（二値化レベル決定手段）１０７と、面積算出部（面積算出手段）１０８とを備えている。
撮像部１０１は、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍を撮像したスラグホール画像、及び該スラグホールから流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像した水面画像をそれぞれ取得する。

二値化レベル決定部１０７は、各撮像画像の輝度の平均値（平均輝度レベル）に応じて設定される二値化レベルを決定する。二値化レベルとは、撮像画像を二値化するための閾値である。具体的には、二値化レベル決定部１０７は、スラグホール画像に対しては、関心領域ＲＯＩ（ｓ）の輝度の平均値に対応する二値化レベルを決定し、水面画像に対しては関心領域ＲＯＩ（ｗ）の輝度の平均値に対応する二値化レベルを決定する。
図１４は、横軸をＲＯＩの平均輝度レベルとし、縦軸を二値化レベルとしている。
図１４に示されるように、二値化レベル決定部１０７は、画像のバックグラウンドの平均輝度に対して、二値化レベルを出力するためのＦｘ設定（例えば、テーブル、関数等）を有しており、二値化レベル決定部１０７は、算出された平均輝度が入力されると二値化レベルを出力する。

面積算出部１０８は、決定された二値化レベルによって、撮像画像の所定監視対象の各画素を二値化し、二値化レベル以上である画素をスラグ領域とし、スラグ領域の面積を算出する。所定監視対象とは、二値化レベルを求めた関心領域ＲＯＩ（ｓ）及び関心領域ＲＯＩ（ｗ）より小さい範囲である。具体的には、スラグホール画像においては、所定監視対象をＲＯＩ（１）及びＲＯＩ（２）とし、水面画像においては、所定監視対象をＲＯＩ（４）及びＲＯＩ（５）とする。
ここで、スラグ領域の面積とは、スラグホール画像においては、スラグホール３から流出したスラグ筋の面積となり、水面画像においては、冷却水に堆積して水面５Ｈまで到達している堆積スラグの面積を含む。

次に、本実施形態に係るスラグ監視装置１００ｂの作用を図１３から図１５を用いて説明する。図１５は、スラグ監視装置１００の動作フローを示している。
スラグホールカメラ１１はスラグホール近傍をカラー動画によって撮像しており、水面カメラ１２は水面５Ｈ近傍をカラー動画によって撮像している。解析開始指令を取得すると、スラグホールカメラ１１及び水面カメラ１２から取得される動画像から１０枚の画像キャプチャが行われる（図１５のステップＳＣ１）。キャプチャされた１０枚の画像から白黒変換された白黒画像が１枚生成される（図１５のステップＳＣ２）。

生成された白黒画像はスムージング関数によって平滑化される（図１５のステップＳＣ３）。平滑化された画像は、関心領域ＲＯＩ（ｓ）及び関心領域ＲＯＩ（ｗ）のそれぞれの平均輝度レベルが算出される（図１５のステップＳＣ４）。Ｆｘ設定と、平均輝度レベルとに基づいて、二値化レベルが算出される（図１５ステップＳＣ５）。スラグホール画像から算出された二値化レベルに基づいて、ＲＯＩ（１）、ＲＯＩ（２）を二値化処理し、水面画像から算出された二値化レベルに基づいて、ＲＯＩ（４）、ＲＯＩ（５）を二値化処理される（図１５のステップＳＣ６）。二値化レベル以上のスラグ領域に相当する面積率が算出される（図１５のステップＳＣ７）。算出された面積率のデータ管理が行われ、評価される。（図１５のステップＳＣ８）。

以上説明してきたように、本実施形態に係る石炭ガス化炉１のスラグ監視装置１００ｂ及び方法によれば、溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及びスラグホール３から流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍をそれぞれ撮像して取得した撮像画像において、所定の関心領域ＲＯＩ（ｓ）及びＲＯＩ（ｗ）が設定され、所定の関心領域ＲＯＩ（ｓ）及びＲＯＩ（ｗ）における輝度の平均値に応じて二値化レベルが設定され、各画素が二値化レベルに基づいて、所定監視領域としてＲＯＩ（１）、ＲＯＩ（２）、ＲＯＩ（４）、ＲＯＩ（５）が二値化される。二値化された撮像画像において、二値化レベル以上である画素をスラグ領域として面積が算出される。

このように、それぞれの撮像画像に設けられる所定の関心領域ＲＯＩ（ｗ）、ＲＯＩ（ｓ）の輝度の平均値に応じて、それぞれ二値化レベルを求めるので、スラグホール近傍を撮像した撮像画像と、スラグが落下する水面近傍を撮像した撮像画像とで、二値化レベルがそれぞれ設定できる。また、所定監視画像が撮像された状況（バックグラウンドの輝度）に応じて二値化レベルが変化することになるので、固定の二値化レベル値を用いる場合と比較して、より精度よくスラグ筋を判定できる。

図１６は、本実施形態に係るスラグ監視装置１００ｂによって、スラグホールを観測し、スラグ筋の面積率を算出した場合と、従来の方法（二値化レベル：固定）によって面積率を算出した場合との比較図の一例である。
ＲＯＩ（１）、ＲＯＩ（２）の面積率は、従来法に比べ、本第３の実施形態の方がスラグ面積率の変動が小さく妥当な挙動で炉内状況に相応の安定した結果が得られている。

図１７は、本実施形態に係るスラグ監視装置１００ｂによって、水面を観測し、スラグ筋の面積率を算出した場合と、従来の方法（二値化レベル：固定）によって面積率を算出した場合との比較図の一例である。
ＲＯＩ（４）とＲＯＩ（５）の面積率は、従来法に比べ、本第３の実施形態の方が、スラグ面積率の変動が小さく妥当な挙動で炉内状況に相応の安定した結果が得られている。

〔第４の実施形態〕
以下、本発明の第４の実施形態について図１８から図２０を用いて説明する。本第４の実施形態に係るスラグ監視装置は、スラグ筋を含む所定領域の輝度情報に基づいて二値化レベルを決定する点で第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。なお、本第４の実施形態では、水面画像の処理のみ行う。

図１８には、本実施形態に係るスラグ監視装置１００ｃの全体構成図が示されている。図１８に示されるように、スラグ監視装置１００ｃは、撮像部（撮像手段）１０１と、二値化レベル決定部１０７ｃと、面積算出部１０８ｃとを備えている。
撮像部１０１は、該スラグホールから流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像した水面画像を取得する。

二値化レベル決定部１０７ｃは、撮像画像において、スラグ毎に設定される所定領域の輝度情報の最大値（最大輝度）と平均値（平均輝度）とに基づいて二値化レベル（二値化のための閾値）を決定する。具体的には、二値化レベル決定部１０７ｃは、水面画像の水面５Ｈに突入するスラグのそれぞれに対する所定の関心領域であるＲＯＩ（４）及びＲＯＩ（５）を設定し、ＲＯＩ（４）及びＲＯＩ（５）のそれぞれにおいて、輝度情報の最大値と平均値とに基づいて二値化レベルを決定する。

より具体的には、二値化レベル決定部１０７ｃは、所定領域内の輝度情報の最大値と所定領域内の輝度情報の平均値との差に係数を乗算し、該乗算結果と輝度情報の平均値とを加算することにより二値化レベルを算出する（（２）式参照）。ここで、ｋは係数とする。
二値化レベル＝
（ＲＯＩ内の最大輝度−ＲＯＩの平均輝度）×ｋ＋ＲＯＩの平均輝度 （２）

面積算出部１０８ｃは、決定された二値化レベルによって所定領域の各画素を二値化し、二値化レベル以上である画素をスラグ領域とし、スラグ領域の面積を算出する。

次に、本実施形態に係るスラグ監視装置１００ｃの作用を図１８から図１９を用いて説明する。図１９は、スラグ監視装置１００の動作フローを示している。
水面カメラ１２は水面５Ｈ近傍をカラー動画によって撮像している。解析開始指令を取得すると、水面カメラ１２から取得される動画像から１０枚の画像キャプチャが行われる（図１９のステップＳＤ１）。キャプチャされた１０枚の画像から白黒変換された白黒画像が１枚生成される（図１９のステップＳＤ２）。

生成された白黒画像はスムージング関数によって平滑化される（図１９のステップＳＤ３）。平滑化された画像は、関心領域ＲＯＩ（４）及び関心領域ＲＯＩ（５）のそれぞれの平均輝度レベルが算出されるとともに、関心領域ＲＯＩ（４）及び関心領域ＲＯＩ（５）のそれぞれの輝度情報の最大値が出力される（図１９のステップＳＤ４）。関心領域（４）及び関心領域ＲＯＩ（５）に基づいて二値化レベルが算出される（図１９のステップＳＤ５）。算出されたそれぞれの二値化レベルに基づいて、関心領域ＲＯＩ（４）及び関心領域ＲＯＩ（５）に二値化処理が行われる（図１９のステップＳＤ６）。二値化レベル以上のスラグ領域に相当する面積率が算出される（図１９のステップＳＤ７）。算出された面積率のデータ管理が行われ、評価される。（図１９のステップＳＤ８）。

以上説明してきたように、本実施形態に係る石炭ガス化炉１のスラグ監視装置１００ｃ及び方法によれば、溶融したスラグが流出するスラグホール３から流出したスラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像して取得した撮像画像に対して、スラグ筋を含む関心領域ＲＯＩ（４）及び関心領域ＲＯＩ（５）を設定し、関心領域ＲＯＩ（４）及び関心領域ＲＯＩ（５）における輝度情報の最大値と平均値とに基づいて二値化レベルが決定され、決定された二値化レベルによって所定領域の各画素を二値化し、二値化レベル以上である画素をスラグ領域とし、スラグ領域の面積が算出される。

このように、輝度情報の最大値と平均値とを勘案して二値化レベルを設定するので、１つの撮像画像にＲＯＩ（４）とＲＯＩ（５）にスラグ筋が含まれると推定され、例えば、ＲＯＩ（４）のスラグ筋は輝度が高く、ＲＯＩ（５）のスラグ筋は輝度が低いような場合であっても、それぞれの領域に応じた二値化レベルに基づいて撮像画像の二値化が行われる。これにより、関心領域内の輝度に応じた二値化レベルが設定され、正しくスラグ筋の面積算出ができる。

図２０は、本第４の実施形態に係るスラグ監視装置１００ｃによって、水面を観測し、スラグ筋の面積率を算出した場合（図２０（ｃ））と、第３の実施形態に係るスラグ監視装置１００ｂによってスラグ筋の面積率を算出した場合（図２０（ｂ））と、従来の方法（二値化レベル：固定）によって面積率を算出した場合（図２０（ａ））との比較図の一例である。
ＲＯＩ（４）のスラグ堆積面積率（％）（点線）と、ＲＯＩ（５）のスラグ堆積面積率（％）（実線）は、従来法に比べ、本第４の実施形態の方が、スラグ面積率の変動が小さく妥当な挙動で炉内状況に相応の安定した結果が得られている。また、本第４の実施形態に係るスラグ監視装置１００ｃによるＲＯＩ（４）及びＲＯＩ（５）の面積率（図２０（ｃ））は、第３の実施形態のスラグ監視装置１００ｂによるＲＯＩ（４）及びＲＯＩ（５）の面積率（図２０（ｂ））よりさらに高精度な検出結果となっている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施が可能である。
なお、第１の実施形態から第４の実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。例えば、第１の実施形態の構成に第２の実施形態の構成を組み合わせてもよいし、第１の実施形態の構成から第４の実施形態の構成を組み合わせてもよい。

また、第１の実施形態及び第２の実施形態によって得られたスラグ筋の本数の情報や、第３の実施形態及び第４の実施形態によって得られたスラグ筋の面積の情報は、例えば、スラグ流動筋が安定しているか否か、スラグホールが閉塞する虞があるか否か等の判定に用い、判定の結果に基づいて、適宜各種ガイダンスの出力が行われるようにしてもよい。各種ガイダンスを出力するとは、例えば、スラグホールが閉塞する虞があると判定された場合に、その旨をディスプレイやスピーカから報知すること、スラグホールにスラグが堆積したと判定された場合に、スラグ溶融バーナの点火を促す旨を報知すること、スラグホールカメラや水面カメラの監視窓を洗浄する時期であると判定された場合に、ディスプレイやスピーカでその旨を報知すること等である。報知を受けた作業者は、報知に基づいて対処することができる。
また、第１の実施形態から第４の実施形態により得られたスラグ筋本数やスラグ筋面積の結果を、特許第５４４８６６９号公報に記載の各種判定ロジックに適用しても良い。

１ 石炭ガス化炉
２ スラグタップ
３ スラグホール
５ スラグホッパ
５Ｈ 水面
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ スラグ監視装置
１０１ 撮像部
１０２ 稜線検出部
１０３ 輝度情報取得部
１０４，１０４ａ 落下筋判定部
１０５ ピーク検出部
１０６ 指定ドット検出部
１０７，１０７ｃ 二値化レベル決定部
１０８，１０８ｃ 面積算出部
Ｐ 検出ライン
Ｘ 稜線
ｅ１ 第１座標
ｅ２ 第２座標

Claims (9)

1. 溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する撮像手段と、
   各前記撮像画像に対してウォーターシェッドアルゴリズムを用い、前記スラグの落下筋として推定される稜線を検出する稜線検出手段と、
   各前記撮像画像の所定領域において、推定される前記スラグの落下筋と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、
   前記稜線と各前記検出ラインとの交点の前記輝度情報と、各前記検出ラインに沿った前記交点の近傍の前記輝度情報との輝度差が、第１閾値以上である場合に、前記稜線は前記スラグの落下筋であると判定する落下筋判定手段と
   を具備する石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
2. 前記落下筋判定手段は、前記交点の近傍の前記輝度情報を、前記交点から前記検出ラインに沿って第１所定間隔離れた第１座標から、該第１座標から前記検出ラインに沿って第２所定間隔離れた第２座標までの区間の輝度の平均値とする請求項１に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
3. 溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する撮像手段と、
   各前記撮像画像の所定領域において、前記スラグの落下筋が落下すると推定される方向と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、
   各前記検出ラインの少なくとも一端側から他端側の方向に、前記検出ライン上の隣り合う画素の前記輝度情報を比較し、前記輝度情報の値が下降し始める前記画素をピーク位置として検出するピーク検出手段と、
   前記ピーク位置から所定画素数連続で前記輝度情報の値が下降した前記画素である指定ドットを検出する指定ドット検出手段と、
   前記ピーク位置の前記輝度情報と前記指定ドットの前記輝度情報との輝度差が第２閾値以上である場合に、前記ピーク位置を前記スラグの落下筋として判定する落下筋判定手段と
   を具備する石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
4. 前記落下筋判定手段は、
   前記検出ライン毎に前記スラグの落下筋として判定されたスラグの落下筋の数を計数する計数手段を具備し、
   前記所定領域において、前記検出ライン毎に計数された前記スラグの落下筋の数のうち最大値を、前記所定領域内の前記スラグの落下筋の数として出力する請求項１から請求項３のいずれかに記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
5. 溶融したスラグが流出するスラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、撮像画像を取得する撮像手段と、
   前記撮像画像において、落下する前記スラグの筋毎に設定される所定領域の輝度情報の最大値と平均値とに基づいて、前記所定領域毎に二値化レベルを決定する二値化レベル決定手段と、
   決定された前記二値化レベルによって前記所定領域毎に各画素を二値化し、前記二値化レベル以上である前記画素をスラグ領域とし、前記スラグ領域の面積を算出する面積算出手段と
   を具備する石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
6. 前記二値化レベル決定手段は、
   前記所定領域内の前記輝度情報の前記最大値と前記平均値との差に係数を乗算し、該乗算結果と前記輝度情報の平均値とを加算することにより前記二値化レベルを算出する請求項５に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
7. 溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する第１過程と、
   各前記撮像画像に対してウォーターシェッドアルゴリズムを用い、前記スラグの落下筋として推定される稜線を検出する第２過程と、
   各前記撮像画像の所定領域において、推定される前記スラグの落下筋と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報を取得する第３過程と、
   前記稜線と各前記検出ラインとの交点の前記輝度情報と、各前記検出ラインに沿った前記交点の近傍の前記輝度情報との輝度差が、第１閾値以上である場合に、前記稜線は前記スラグの落下筋であると判定する第４過程とを有する石炭ガス化炉のスラグ監視方法。
8. 溶融したスラグが流出するスラグホール近傍、及び該スラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、それぞれ撮像画像を取得する第１過程と、
   各前記撮像画像の所定領域において、前記スラグの落下筋が落下すると推定される方向と交差する方向に設けられる複数の検出ラインから輝度情報を取得する第２過程と、
   各前記検出ラインの少なくとも一端側から他端側の方向に、前記検出ライン上の隣り合う画素の前記輝度情報を比較し、前記輝度情報の値が下降し始める前記画素をピーク位置として検出する第３過程と、
   前記ピーク位置から所定画素数連続で前記輝度情報の値が下降した前記画素である指定ドットを検出する第４過程と、
   前記ピーク位置の前記輝度情報と前記指定ドットの前記輝度情報との輝度差が第２閾値以上である場合に、前記ピーク位置を前記スラグの落下筋として判定する第５過程と
   を有する石炭ガス化炉のスラグ監視方法。
9. 溶融したスラグが流出するスラグホールから流出した前記スラグが落下する冷却水の水面近傍を撮像し、撮像画像を取得する第１過程と、
   前記撮像画像において、落下する前記スラグの筋毎に設定される所定領域の輝度情報の最大値と平均値とに基づいて、前記所定領域毎に二値化レベルを決定する第２過程と、
   決定された前記二値化レベルによって前記所定領域毎に各画素を二値化し、前記二値化レベル以上である前記画素をスラグ領域とし、前記スラグ領域の面積を算出する第３過程とを有する石炭ガス化炉のスラグ監視方法。

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