JP6619543B2

JP6619543B2 - 火災検知システム及び火災検知方法

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Publication number: JP6619543B2
Application number: JP2013257612A
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Inventors: 哲也長島
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Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2019-12-11
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Description

本発明は、監視カメラで撮像した監視領域の画像から火災初期における火炎を検知する火災検知システム及び火災検知方法に関する。

従来、監視カメラで撮像した監視領域の画像に対し画像処理を施すことにより、火災による火炎を検知するようにした様々な火災検知システムが提案されている。

このような火災検知システムにあっては、火災発生に対する初期消火や避難誘導の観点から火災の早期発見が重要である。

このため従来システムにあっては、火炎以外の光源からの光による誤検出を防止するため、対象物画像領域の円形度、大きさの時間的分散率、大きさの時間変化について自己相関を割り出して対象物が火炎であるか否か判断する方法（特許文献１）や、赤外線監視画像につき、高輝度の一定面積以上で、ゆらぎがあり、変化強度の周波数が一定でないこと、高温領域の移動具合がランダムであることを条件に火炎を判別する方法（特許文献２）、撮像された画像から対象物の時間的な拡大と縮小の変化及び又はゆらぎ周波数から火炎を判定する方法（特許文献３）などが知られている。

特開平８−３０５９８０号公報特開２００２−２７９５４５号公報特開２００３−２７００３７号公報

しかしながら、このような従来の火炎の画像から火災を検知する火災検知システムにあっては、監視カメラの近くの小さな火炎を撮像した場合の大きさと、遠くの大きな火炎を撮像した場合の大きさが同じになる場合があり、例えば監視カメラの直近で点火されたライターの火炎を、遠くにある大きな火災による火炎と誤認識することがある。

また、同じ大きさの火炎であっても、遠くにある場合は小さい火炎画像となり、近くにある場合は大きな火炎画像となり、このため遠くで発生した火災については検出感度が落ち、火災が拡大して火炎が大きくならないと火炎画像から火災を検知することができず、火災を検出するまでの時間遅れが大きくなる問題がある。

本発明は、距離と災規模の相違により大きさが変化する火炎の観測画像から、火災を確実に検知すると共に火点まで距離も推定可能とする火災検知システム及び火災検知方法を提供することを目的とする。

(火災検知システム)
本発明の火災検知システムは、
監視領域に任意の位置及び向きで設置され、当該設置条件による撮像領域を撮影する撮像手段と、
撮像手段により撮像した画像から火炎が存在する火炎画像を判定する火炎画像判定手段と、
火炎画像判定手段で判定した火炎画像から火炎の見込み角を検出する見込み角検出手段と、
撮像領域に存在する火炎のゆらぎ周波数を検出する周波数検出手段と、
周波数検出手段で検出した火炎のゆらぎ周波数に基づき火炎の等価直径を算出する等価直径算出手段と、
見込み角検出手段で検出した火炎の見込み角と等価直径算出手段で算出した火炎の等価直径に基づき、撮像手段から火炎までの火炎距離を算出する距離算出手段と、
等価直径算出手段で算出した火炎の等価直径が所定の閾値以上の場合に火災と判定すると共にそれ以外の場合に非火災と判定し、火災を判定した場合に、距離算出手段で算出した火炎距離及び等価直径算出手段で算出した火炎の等価直径の少なくとも何れかを示す情報、並びに撮像手段の設置条件と距離算出手段で算出した火炎距離とから特定した撮像領域に存在する火炎の監視領域内の三次元位置を示す情報と共に火災検知信号を出力する火災判定手段と、
を設けたことを特徴とする。

（火炎等価直径の算出）
等価直径算出手段は、ゆらぎ周波数をＺとした場合、火炎の等価直径２Ｒを
２Ｒ＝（Ｚ／１８．６２２）^1/-0.554
により算出する。

（火炎等価直径の算出）
距離算出手段は、火炎の等価直径を２Ｒ、火炎の見込み角をθとした場合、火炎距離Ｌを、
Ｌ＝Ｒ／ｔａｎ（θ／２）
により算出する。

（火炎画像判定）
火炎画像判定手段は、撮像手段により撮像した画像から所定輝度以上の画素の集合となる火炎候補領域を検出し、火炎候補領域の水平画素数が所定の閾値以上の場合に火炎画像と判定する。

（火炎の見込み角の検出）
見込み角検出手段は、撮像手段の水平視野角と水平画素数で決まる１画素当りの見込み角αと、火炎画像から測定した火炎の水平画素数Ｘとの乗算により、火炎の見込み角θを検出する。

（ゆらぎ周波数の検出）
周波数検出手段は、連続する火炎画像から、画像全体又は火炎候補領域における所定閾値以上となる輝度の画素数の時系列変化から火炎のゆらぎ周波数を検出する。

また、周波数検出手段は、連続する前記火炎画像から、画像全体又は火炎領域における所定閾値以上となる輝度総和の時系列変化から火炎のゆらぎ周波数を検出しても良い。

また、周波数検出手段は、監視領域に存在する火炎からの赤外線光又は可視光を受光して受光信号を出力する受光素子手段を備え、前記受光素子手段から出力された受光信号からゆらぎ周波数を検出しても良い。

（方法）
本発明は、火災検知方法に於いて、
監視領域に任意の位置及び向きで設置され、当該設置条件による撮像領域を撮影する撮像手段により撮像した画像から火炎が存在する火炎画像を判定する火炎画像判定ステップと、
火炎画像判定ステップで判定した火炎画像から火炎の見込み角を検出する見込み角検出ステップと、
撮像領域に存在する火炎のゆらぎ周波数を検出する周波数検出ステップと、
周波数検出ステップで検出した火炎のゆらぎ周波数に基づき火炎の等価直径を算出する等価直径算出ステップと、
見込み角検出ステップで検出した火炎の見込み角と等価直径算出ステップで算出した火炎の等価直径に基づき、撮像手段から火炎までの火炎距離を算出する距離算出ステップと、
等価直径算出ステップで算出した火炎の等価直径が所定の閾値以上の場合に火災と判定すると共にそれ以外の場合に非火災と判定し、火災を判定した場合に、距離算出ステップで算出した火炎距離及び等価直径算出ステップで算出した火炎の等価直径の少なくとも何れかを示す情報、並びに撮像手段の設置条件と前記算出ステップで算出した火炎距離とから特定した撮像領域に存在する火炎の監視領域内の三次元位置を示す情報と共に火災検知信号を出力する火災判定ステップと、
を設けたことを特徴とする。

本発明による火災検知方法の他の特徴は、火災検知システムの場合と基本的に同じになる。

（基本的な効果）
本発明の火災検知システムは、監視領域を撮影する撮像手段と、撮像手段により撮像した画像から火炎が存在する火炎画像を判定する火炎画像判定手段と、火炎画像判定手段で判定した火炎画像から火炎の見込み角を検出する見込み角検出手段と、監視領域に存在する火炎のゆらぎ周波数を検出する周波数検出手段と、周波数検出手段で検出した火炎のゆらぎ周波数に基づき火炎の等価直径を算出する等価直径算出手段と、見込み角検出手段で検出した火炎の見込み角と等価直径算出手段で算出した火炎の等価直径に基づき、撮像手段から火炎までの火炎距離を算出する距離算出手段と、等価直径算出手段で算出した火炎の等価直径が所定の閾値以上の場合に火災と判定すると共にそれ以外の場合に非火災と判定し、火災を判定した場合に距離算出手段で算出した火炎距離及び又は等価直径算出手段で算出した火炎の等価直径を示す情報と共に火災検知信号を出力する火災判定手段とを設けるようにしたため、同じ規模の火災による火炎の撮像画像が火点距離により大きさが異なっても、実験式から求めた火炎が大きくなるに従って火炎のゆらぎ周波数が低くなる関係に基づき、火炎のゆらぎ周波数から火炎の等価直径を求めて火炎の大きさを推定することができ、これにより火点距離によらず、火災による火炎を確実に検知して警報可能とする。

また、異なる規模の火災による火炎画像の大きさが火点距離により同じとなって近くの火炎か遠くの火炎かを識別できない状況にあっても、同様に、実験式から求めた火炎が大きくなるに従って火炎のゆらぎ周波数が低くなる関係に基づき、火炎のゆらぎ周波数から火炎の等価直径を求めて火炎の大きさを推定することができ、これにより火点距離によらず、火災による火炎を確実に検知して警報可能とする。

また、ゆらぎ周波数から求めた火炎の等価直径に基づき、撮像手段から火炎までの距離を求めて火災検知信号と共に火炎距離及び又は火炎の等価直径を出力することから、例えば火災警報を出力すると共に火炎距離と火炎の等価直径（大きさ）さを表示することで、監視領域における火災の発生状況の把握を容易にして適切な対処を可能とする。

（火炎等価直径の算出による効果）
また、等価直径算出手段は、ゆらぎ周波数をＺとした場合、火炎の等価直径２Ｒを
２Ｒ＝（Ｚ／１８．６２２）^1/-0.554
により算出することで、簡単に火炎の大きさを推定することを可能とする。

（火炎等価直径の算出による効果）
また、距離算出手段は、火炎の等価直径を２Ｒ、火炎の見込み角をθとした場合、火炎距離Ｌを、
Ｌ＝Ｒ／ｔａｎ（θ／２）
により算出するようにしたため、距離に応じて大きさの変化する火炎画像から、火炎までの火点距離を推定することができ火炎の大きさに加え火炎距離がわかることで、監視領域で発生した火災の様子を適確に把握可能とする。

（火炎画像判定による効果）
また、火炎画像判定手段は、撮像手段により撮像した画像から所定輝度以上の画素の集合となる火炎候補領域を検出し、火炎候補領域の水平画素数が所定の閾値以上の場合に火炎画像と判定するようにしたため、火災による火炎の可能性の高い火炎画像を対象に、火炎画像の見込み角から等価直径を算出して火災を判定し、また、ゆらぎ周波数と等価直径から火炎距離を算出する処理を行うことを可能とし、火炎の可能性の低い画像に対する火災を判定するための処理を不要にして処理負担を低減可能とする。

（火炎の見込み角度検出による効果）
また、見込み角検出手段は、撮像手段の水平視野角と水平画素数で決まる１画素当りの見込み角αと、火炎画像から測定した火炎の水平画素数Ｘとの乗算により、火炎の見込み角θを検出するようにしたため、検出した火炎の見込み角とゆらぎ周波数から検出した火炎の等価直径に基づき、簡単に火点距離を算出することを可能とする。

（ゆらぎ周波数の検出による効果）
また、周波数検出手段は、連続する火炎画像から、画像全体又は火炎候補領域における所定閾値以上となる輝度の画素数の時系列変化から火炎のゆらぎ周波数を検出するか、或いは、連続する火炎画像から、画像全体又は火炎候補領域における所定閾値以上となる輝度総和の時系列変化から火炎のゆらぎ周波数を検出するようにしたため、火炎画像の処理により、火炎の大きさいにより変化するゆらぎ周波数を正確に検出可能とする。

また、周波数検出手段は、監視領域に存在する火炎からの赤外線光又は可視光を受光して受光信号を出力する受光素子手段を備え、受光素子手段から出力された受光信号からゆらぎ周波数を検出するようにしても良く、この場合には、受光素子手段の検出信号から直接的に火炎画像によるゆらぎ周波数の検出が可能となり、火炎画像のように輝度の時系列変化を検出する必要がなく、処理が簡単になる。

本発明の火災検知システムを設置した監視領域を示した説明図火炎の等価直径に対する火炎のゆらぎ周波数の変化を示したグラフ図火炎の等価直径とゆらぎ周波数の関係を示す近似式による特性を示したグラフ図火炎の見込み角と火炎距離との関係を監視カメラの水平監視領域について示した説明図本発明による火災検知システムの実施形態を示したブロック図見込み角が同じで火炎距離と大きさの異なる２つの火炎を監視カメラの水平監視領域について対比して示した説明図大きさが同じで見込み角と火炎距離が異なる２つ火炎を監視カメラの水平監視領域について対比して示した説明図火災検知処理を示したフローチャート

［火災検知システムの概要］
図１は本発明による火災検知システムを設置した監視領域を示した説明図である。

図１に示すように、監視領域１６には撮像手段として機能する監視カメラ１０を例えば斜め下向きに設置し、監視領域１６を撮像して観測画像を得ている。

監視カメラ１０で撮像した監視領域１６の観測画像は伝送路を介して管理人室などに設置した画像処理装置１２に伝送されており、監視領域１６で火災が発生して火源１８から火炎２０が上がった場合、画像処理により火炎２０が存在する観測画像（以下「火炎画像」という）を処理して火炎２０のゆらぎ周波数から等価直径を算出して火災を判定すると共に、監視カメラ１０から火炎２０までの距離（以下「火炎距離」という）Ｌを算出し、火災検知信号を火炎の等価直径及び又は火炎距離を示す情報と共に火災報知設備１４へ送り、火災警報を出力すると共に例えば火炎の大きさを示す等価直径と火炎距離を表示するようにしている。

［検出原理］
（火炎のゆらぎ周波数と等価直径）
火炎のゆらぎの周波数は、火炎が大きくなるに従って低くなることが知られている。小野らは火炎の等価直径に対する火炎のゆらぎの周波数を、実験により求めた。それによれば火炎の燃焼直径が４〜５０ｃｍと大きくなるに従い、火炎の周波数は１０〜２Ｈｚへと低い方向に推移する。

図２は小野らによる実験結果を示したグラフ図であり、横軸に火炎の等価直径をとり、縦軸に火炎のゆらぎ周波数をとっている。小野らの研究によれば、図２の火炎等価直径とゆらぎ周波数の関係は、材料の違いにより若干のずれがあるものの、ほぼ同じ傾向を示すとされている。

本発明にあっては、図２のグラフ図に示す実験結果から近似曲線を求め、数式化を図った。最小自乗法によりゆらぎ周波数と等価直径のそれぞれを対数としたグラフ上で求めた近似曲線の式は、火炎のゆらぎの周波数をＺ（Ｈｚ）、火炎の等価直径=を２Ｒ（ｃｍ）とすると、
Ｚ＝１８．６２２（２Ｒ）^1/-0.554 （式１）
となる。これを変換して等価直径２Ｒを求めると、
２Ｒ＝（Ｚ／１８．６２２）^1/-0.554 （式２）
となる。

図３は式２の近似式による火炎の等価直径とゆらぎ周波数の関係を示した対数グラフ図である。したがって、式２により、観測された火炎の周波数Ｚから、発生している火炎の等価直径２Ｒを求めることで、火炎の大きさを推定することができる。

（火炎距離）
火炎のゆらぎ周波数から火炎の等価直径２Ｒを求めることができると、等価直径２Ｒに基づいて、図１に示した監視カメラ１０から火炎２０までの火炎距離Ｌを求めることができる。

図４は火炎の見込み角と火炎距離との関係を監視カメラの水平監視領域について示した説明図である。

火炎距離Ｌを算出するためには、まず、観測された火炎画像に存在する火炎２０の見込み角θを求める。ここで、見込み角とは監視カメラから特定の対象物を撮像した場合の画角を意味する。

監視カメラ１０により撮像された火炎画像の中の火炎の大きさは、火炎の見込み角を表すものであり、見込み角が同じであっても、監視カメラ１０からの距離により火炎画像２０の大きさは変化してしまう。

いま、監視カメラ１０の画面サイズを（水平）×（垂直）＝１２８０×９６０画素とし、監視カメラ１０の撮像領域１５の水平方向片側角度を４５°とすると、１画素当りの見込み角αは
α＝４５°／６４０＝０．０７０（°／画素）
となる。なお、以下の説明では、画素をピクセルという場合があり、また、画素数の単位として（ｐｘｌ）を表記する場合がある。

ここで、監視カメラ１０により撮像された火炎画像の所定閾値輝度以上となる火炎候補領域の水平方向の画素数をＸピクセルとすると、火炎の見込み角θは、
θ=αＸ(°) （式３）
となる。

このように火炎の見込み角θが求まると、前記式２から求めた火炎の等価直径２Ｒとに基づき、監視カメラ１０から火炎２０までの火炎距離Ｌは、
Ｌ = Ｒ／ｔａｎ（θ／２）（式４）
となる。

なお、図４は監視カメラ１０の光軸上に火炎２０が存在した場合を例にとっているが、同じ火炎距離Ｌとなる光軸から外れた位置に存在する同じ大きさの火炎２０ａについても、光軸上の火炎２０と同様にして、火炎の等価直径２Ｒと火炎距離Ｌが算出できる。

［火災検知システム］
（火災検知システムの機能構成）
図５は本発明による火災検知システムの機能構成の概略を示したブロック図である。図５に示すように、火災検知システムは、監視カメラ１０と画像処理装置１２で構成され、画像処理装置１２は、そのハードウェアとしてＣＰＵ、メモリ、各種の入出力ポート等を備えたコンピュータ回路等で構成される。

画像処理装置１２は、ＣＰＵによるプログラムの実行により実現される機能として、火炎画素測定手段として機能する火炎画像判定部２４、見込み角検出手段として機能する見込み角検出部２６、ゆらぎ周波数検出手段として機能する周波数検出部２８、等価直径算出手段として機能する等価直径算出部３０、距離算出手段として機能する距離算出部３２及び火災判定手段として機能する火災判定部３４を設けている。また、伝送部２２は監視カメラ１０で撮像した画像データを受信する適宜の伝送インタフェースが使用される。

撮像手段として機能する監視カメラ１０は、伝送部２２の伝送制御により動画像データとして、例えば毎秒３０フレームとなる監視領域の画像データを伝送し、画像処理装置１２に設けた図示しないメモリに記憶する。本実施形態にあっては、例えば水平画素数が１２８０ピクセルで垂直画素数が９６０ピクセルの解像度をもつ監視カメラ１０を使用する。

火炎画像判定部２４は、監視カメラ１０により撮像した画像から火炎が存在する火炎画像を判定する。火炎画像判定部２４による火炎画像の判定は、例えば、炎と判定可能な所定の閾値輝度以上となる画素の集合で形成される火炎候補領域を検出し、検出した火炎候補領域の水平画素数Ｘが所定の閾値以上の場合に火炎が存在する火炎画像と判定し、判定した火炎画像における火災候補領域の水平画素数Ｘを見込み角検出部２６に出力すると共に、周波数検出部２８に判定した火炎画像を送ってゆらぎ周波数の検出動作を指示する。

見込み角検出部２６は、火炎画像判定部２４で判定した火炎画像における火炎候補領域の水平画素数Ｘから、前記式３により火炎の見込み角θを算出し、距離算出部３２に出力する。

一方、周波数検出部２８は、監視領域に存在する火炎のゆらぎ周波数Ｚを検出する。周波数検出部２８は、例えば、火炎画像判定部２４で判定された連続する火炎画像から、画像全体又は火炎画像判定部２４で判定した火炎候補領域における所定閾値以上となる輝度の画素数の時系列変化から、例えばフーリエ変換に基づき火炎のゆらぎ周波数Ｚを検出する。

また、周波数検出部２８の他の実施形態として、火炎画像判定部２４で判定された連続する火炎画像から、画像全体又は火炎画像判定部２４で判定した火炎候補領域における所定閾値以上となる輝度総和の時系列変化から例えばフーリエ変換により火炎のゆらぎ周波数Ｚを検出する。

ここで、火炎候補領域の輝度による火炎の揺らぎ周波数Ｚの検出は、画像全体を複数のブロックに分割し、火炎が検出された分割ブロックに着目して輝度を検出することで、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。

また、周波数検出部２８の他の実施形態としては、監視領域に存在する火炎からの赤外線光又は可視光を受光して受光信号を出力する焦電素子やホトダイオード等の受光素子を設け、この受光素子から出力された受光信号のフーリエ変換等によりからゆらぎ周波数Ｚを検出する。

また、周波数検出部２８の他の実施形態としては、火炎画像判定部２４で判定した所定の閾値輝度以上となる画素の集合で形成される火炎候補領域の面積、高さ、監視カメラ１０から縦方向の見込み角等の時系列変化からフーリエ変換により火炎のゆらぎ周波数を検出しても良い。

等価直径算出部３０は、周波数検出部２８で検出した火炎のゆらぎ周波数Ｚから、前記式２に基づき、火炎の等価直径２Ｒを算出する。

距離算出部３２は、見込み角検出部２６で検出した火炎の見込み角θと等価直径算出部３０で算出した火炎の等価直径２Ｒから、前記式４に基づき、監視カメラ１０から火炎までの火炎距離Ｌを算出する。

火災判定部３４は、等価直径算出部３０で算出した火炎の等価直径２Ｒが所定の閾値以上の場合に火災と判定し、それ以外の場合は非火災と判定し、火災と判定した場合には、等価直径算出部３０で算出した等価直径２Ｒ及び又は距離算出部３２で算出した火炎距離Ｌのデータと共に火災検知信号を外部の火災報知設備１４に出力し、火災警報を出力させると共に例えば火炎の等価直径２Ｒ及び又は火炎距離Ｌを表示させる。

このような火災報知設備１４において監視領域における火炎の大きさと距離を把握することで、例えば初期火災の段階にあるか、ある程度時間が過ぎて火災が拡大しているかといった火災の状況を適確に把握して初期消火や到着した消防隊に対する状況説明を可能とする。

［火炎検出の具体例］
いま、火炎画像判定部２４で判定した火炎候補領域の水平画素数ＸがＸ＝５７ピクセルであったとすると、見込み角算出部２６で算出する見込み角θは前記式３から
θ＝０．０７０×５７＝４°
となる。

このとき周波数検出部２８で火炎画像から検出した火炎のゆらぎ周波数Ｚが例えばＺ＝２（Ｈｚ）であったとすると、等価直径算出部３０は前記式２により、炎の等価直径２Ｒを
２Ｒ＝５６．１（ｃｍ）
と算出する。

また距離算出部３２は、前記式４により、監視カメラ１０から火炎までの火炎距離Ｌを
Ｌ＝１６０７（ｃｍ）
と算出する。

火災判定部３４は、等価直径算出部３０で算出した火炎の等価直径２Ｒから火災と判定する所定の閾値２Ｒｔｈを、例えば２Ｒ＝１０ｃｍ）とすると、このとき算出した等価直径２Ｒ＝５６．１（ｃｍ）は閾値２Ｒｔｈ＝１０（ｃｍ）以上であることから、火災による火炎と判定する。

一方、距離算出部３２は算出した火炎の等価直径２Ｒ＝５６．１（ｃｍ）に基づき、前記式４により、火炎距離Ｌを
Ｌ＝１６０７（ｃｍ）
と算出する。

このため火災判定部３４は、火災検知信号を火炎の等価直径データ及び火炎距離データと共に火災報知設備１４に出力し、火災警報の出力と共に等価直径２Ｒ＝５６．１（ｃｍ）と火炎距離Ｌ＝１６０７（ｃｍ）を表示させ、監視領域で発生した火災の状況を確認可能とする。

一方、火炎画像の水平画素数ＸがＸ＝５７ピクセルであり、見込み角θが同じθ＝４°であっても、火炎画像のゆらぎ周波数Ｚが例えばＺ＝８（Ｈｚ）であったとすると、この場合の火炎の等価直径２Ｒは式２から
２Ｒ＝４．６（ｃｍ）
となり、また監視カメラ１０から火炎までの火炎距離Ｌは式４から
Ｌ＝１３．２（ｃｍ）
となる。

この場合、火炎の等価直径２Ｒ＝４．６（ｃｍ）は火災を判定する閾値Ｒｔｈ＝１０（ｃｍ）未満であり、非火災と判定される。また、このときの火炎距離ＬはＬ＝１３．２（ｃｍ）と監視カメラ１０の直近であることから、非火災と判定した火炎は、監視カメラ１０の近くにあるライター等による小さな炎であることが分かる。

（見込み角が同一で距離及び大きさの異なる火炎）
図６は見込み角が同じで火炎距離と大きさの異なる２つの火炎を監視カメラの水平監視領域について対比して示した説明図である。

図６に示すように、監視カメラ１０から離れた位置に発生した火炎２０−１の見込み角θは、監視カメラ１０で撮像した火炎画像における火災候補領域の水平画素数Ｘにより前記式３から算出される角度である。この火炎２０−１はゆらぎ周波数Ｚの検出から前記式２で算出された等価直径２Ｒ₁であり、前記式３から火炎距離Ｌ１が算出され、火炎２０−２の等価直径２Ｒ₁が閾値以上となることで火災を判定する。

この火炎２０−１と同じ見込み角θとなる火炎としては、例えば監視カメラ１０の近くで発生した小さい火炎２０−２があり、この火炎２０−２のゆらぎ周波数Ｚの検出から前記式２により小さな等価直径２Ｒ₂が検出され、また前記式３から短い火炎距離Ｌ２が算出され、例えば火炎２０−２の等価直径２Ｒ₂が閾値未満となることで非火災を判定する。

このように見込み角が同じ火炎２０−1と火炎２０−２を監視カメラ１０で撮像すると、それぞれの画像に存在する火炎２０−１と火炎２０−２の大きさ同じになるが、本実施形態にあっては、それぞれの異なるゆらぎ周波数から等価直径２Ｒ₁，２Ｒ₂を推定することで、見込み角が同一となって画面上で同じ大きさとなる火炎２０−１から火災を判定し、火炎２０−２については非火災を判定することができる。

（大きさが同じで見込み角と距離が異なる火炎）
図７は大きさが同じで見込み角と火炎距離が異なる２つ火炎を監視カメラの水平監視領域について対比して示した説明図である。

図７に示すように、火炎２０−１と火炎２０−２は、ゆらぎ周波数Ｚが同じであることから等価直径２Ｒも同じであるが、監視カメラ１０からの距離が相違するため、火炎画像に存在する火災候補領域の水平画素数がＸ１，Ｘ２と相違し、これにより見込み角かθ１，θ２と相違する。このように火炎２０−１，２０−２の見込み角がθ１，θ２と相違すると、火炎２０−１，２０−２の同じ等価直径２Ｒから前記式４により算出される火炎距離はＬ１，Ｌ２と相違する。

このように同じ大きさの火災であっても、火炎画像に存在する火炎候補領域の水平画素数の相違から火炎距離が異なっていることがわかり、火災検知信号に基づく火災警報の出力に加えて火炎の等価直径及び火炎距離を表示することで、例えば火災が初期段階にあるといった火災の発生状況を適切に把握可能とする。

［火災検知処理］
図８は、図５の実施形態による火災検知処理を示したフローチャートである。図８に示すように、まずステップＳ1（以下「ステップ」は省略）で火炎画像における火炎候補領域を判定する水平画素数の閾値Ｘｔｈ、監視カメラ１０における１画素当りの見込み角α、火炎の等価直径から火災を判定する火災判定閾値２Ｒｔｈを定数として設定する。

続いてＳ２に進み、監視カメラ１０で撮像した観測画像から所定輝度以上となる画素集合で形成される火炎候補領域を検出し、火炎候補領域の水平画素数Ｘを求め、Ｓ３で所定の閾値Ｘｔｈ以上であれば火炎画像と判定し、Ｓ４に進む。

Ｓ４では、Ｓ２で検出した火炎の水平画素数Ｘから見込み角θを算出し、続いてＳ５に進み、連続する火炎画像から火炎のゆらぎ周波数Ｚを検出する。続いてＳ６に進み、ゆらぎ周波数Ｚから火炎の等価直径２Ｒを算出し、続いてＳ７に進んで、火炎の見込み角θと等価直径２Ｒから火炎距離Ｌを算出する。

続いてＳ８に進み、火炎の等価直径２Ｒが火災閾値２Ｒｔｈ以上であれば火災と判定し、Ｓ９で火災検知信号を、火炎の等価直径２Ｒ及び又は火炎距離Ｌのデータと共に出力する。

［火炎距離及び等価直径の応用］
（火炎距離の推定に基づく応用）
上記の実施形態で画像処理装置１２で火災を判定した場合に出力される火炎距離Ｌを利用することで、図１の監視領域１０における火炎２０の位置を特定することができる。

例えば、監視カメラ１０からの光軸の垂直方向に対する傾斜角βが決まっていることから、火炎までの水平距離をＬｓｉｎβとして算出することができ、また火炎２０から監視カメラ１０までの高さをＬｃｏｓθとして算出することができ、更に図４に示すように監視カメラ１０から見た火炎２０の光軸に対する水平方向の角度が分かることで、監視空間の所定位置を原点とした三次元座標空間における火炎２０の位置を求めることができる。

このように監視領域１６における火炎２０の位置が求まると、例えば火炎の位置情報を消火装置に送ることで適正な消火が可能となる。例えば、遠隔制御可能なスプリンクラーヘッドを備えたスプリンクラー消火設備を設置している場合には、火源位置に近いスプリンクラーヘッドだけを作動させる。また、移動可能な消火ロボットを火炎付近まで自動で移動させる。また、放水銃の位置制御を行う。

また、工場や自動倉庫等、自動化された大空間施設では、火炎位置を知ることで対象となる設備の運転停止や、付属する消火装置の稼働等、適切な処置が可能となる。

また、人による初期消火活動の際にも、火炎位置に直行することができ、迅速な対応が可能となる。また、避難誘導の際、的確なルートの設定ができる。更に、消防隊員に火点の正確な位置を情報提供することができ、消火効率の向上を果たせることで人命救助と損害抑制に繋がる。これ以外にも、火炎距離が分かることで、様々な対処が可能となる。

（火炎の等価直径の推定に基づく応用）
上記の実施形態で画像処理装置１２で火災を判定した場合に出力される火炎の等価直径２Ｒ、即ち火炎の大きさ（規模）の推定値を利用することで次のような応用が可能となる。

例えば、火炎の大きさ（規模）に合わせた適正な消火剤を使用することが可能となり、少ない消火剤で確実に消火可能となり、汚損防止や財産保護に繋がる。

また、火炎の等価直径の急激な拡大変化から急激な火災の拡大が分かり、火炎の大きさに合わせて早期に適切な方法で避難誘導を開始することを可能とし、人命救助に繋がる。これ以外にも、火炎の大きさが分かることで、様々な対処が可能となる。

〔本発明の変形例〕
（火炎の等価直径）
上記の実施形態は、火炎画像から火災と判定した場合に、火災検知信号に加え、推定した火炎の等価直径２Ｒ及び又は火炎距離Ｌの距離データを出力するようにしているが、火災検知信号のみを出力するようにしても良い。

（火炎の非火災判定）
上記の実施形態は、火炎の等価直径が所定の閾値以上の場合に火災と判定して火災検知信号と共に火炎距離及び又は等価直径を示すデータを出力しているが、非火災と判定した場合にも、非火災の炎検出信号と共に火炎距離及び又は等価直径を示すデータを出力し、例えばライターの火炎について炎検知による注意警報を出力すると共に、火炎距離と等価直径を表示することで、火気厳禁となっている監視領域での火気の使用を報知し、例えば放火などに対処することを可能とする。

（監視カメラ）
上記の実施形態にあっては、説明を簡単にするため監視カメラの視野角θを４５°とした場合を例にとっているが、適宜の視野角に適用できる。また、監視カメラの水平及び垂直の画素数も（６４０×４８０）ピクセルに限定されず、適宜の解像度のものが使用できる。

（画像処理装置）
上記の実施形態にあっては、監視カメラと画像処理装置を分離配置して伝送路により接続しているが、両者を一体化した装置としても良い。

（その他）
また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１０：監視カメラ
１２：画像処理装置
１４：火災報知設備
１５：撮像領域
１６：監視領域
１８：火源
２０，２０Ａ，２０−１，２０−２：火炎
２２：伝送部
２４：火炎画像判定部
２６：見込み角算出部
２８：周波数検出部
３０：等価直径算出部
３２：距離算出部
３４：火災判定部

Claims

監視領域に任意の位置及び向きで設置され、当該設置条件による撮像領域を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像した画像から火炎が存在する火炎画像を判定する火炎画像判定手段と、
前記火炎画像判定手段で判定した火炎画像から火炎の見込み角を検出する見込み角検出手段と、
前記撮像領域に存在する火炎のゆらぎ周波数を検出する周波数検出手段と、
前記周波数検出手段で検出した火炎のゆらぎ周波数に基づき火炎の等価直径を算出する等価直径算出手段と、
前記見込み角検出手段で検出した火炎の見込み角と前記等価直径算出手段で算出した火炎の等価直径に基づき、前記撮像手段から前記火炎までの火炎距離を算出する距離算出手段と、
前記等価直径算出手段で算出した火炎の等価直径が所定の閾値以上の場合に火災と判定すると共にそれ以外の場合に非火災と判定し、火災を判定した場合に、前記距離算出手段で算出した火炎距離及び前記等価直径算出手段で算出した火炎の等価直径の少なくとも何れかを示す情報、並びに前記撮像手段の設置条件と前記距離算出手段で算出した火炎距離とから特定した前記撮像領域に存在する火炎の前記監視領域内の三次元位置を示す情報と共に火災検知信号を出力する火災判定手段と、
を設けたことを特徴とする火災検知システム。
監視領域に任意の位置及び向きで設置され、当該設置条件による撮像領域を撮影する撮像手段により撮像した画像から火炎が存在する火炎画像を判定する火炎画像判定ステップと、
前記火炎画像判定ステップで判定した火炎画像から火炎の見込み角を検出する見込み角検出ステップと、
前記撮像領域に存在する火炎のゆらぎ周波数を検出する周波数検出ステップと、
前記周波数検出ステップで検出した火炎のゆらぎ周波数に基づき火炎の等価直径を算出する等価直径算出ステップと、
前記見込み角検出ステップで検出した火炎の見込み角と前記等価直径算出ステップで算出した火炎の等価直径に基づき、前記撮像手段から前記火炎までの火炎距離を算出する距離算出ステップと、
前記等価直径算出ステップで算出した火炎の等価直径が所定の閾値以上の場合に火災と判定すると共にそれ以外の場合に非火災と判定し、火災を判定した場合に、前記距離算出ステップで算出した火炎距離及び前記等価直径算出ステップで算出した火炎の等価直径の少なくとも何れかを示す情報、並びに前記撮像手段の設置条件と前記距離算出ステップで算出した火炎距離とから特定した前記撮像領域に存在する火炎の前記監視領域内の三次元位置を示す情報と共に火災検知信号を出力する火災判定ステップと、
を設けたことを特徴とする火災検知方法。