JP6666183B2 - Gas visualization system, gas visualization method - Google Patents
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Description
本発明は、ガス可視化システム、ガス可視化方法に関する。 The present invention relates to a gas visualization system and a gas visualization method.
可燃性ガス等の気体(以下、単にガスと呼ぶ。)の漏えいが発生した場合、出来るだけ早く漏えい箇所を発見し、修理する必要がある。漏えいガスは常に移動しており、空気の動きがある場合、漏えい元の位置の特定には時間を要する。ガスセンサでは、直接ガスに接することにより、漏えいガスを検知することはできる。しかし、その瞬間のガスの挙動が把握できないため、漏えい元の位置の特定に多くの時間を費やさなければならない。このような問題に対し、特許文献1では、赤外線を利用して漏えいガスを可視化する技術が開示されている。 When a gas such as a flammable gas leaks (hereinafter simply referred to as a gas), it is necessary to find the leaking part as soon as possible and repair it. The leaked gas is constantly moving, and when there is air movement, it takes time to identify the position of the leak source. The gas sensor can detect a leaked gas by directly contacting the gas. However, since the behavior of the gas at that moment cannot be grasped, much time must be spent to identify the location of the leak source. To solve such a problem, Patent Literature 1 discloses a technique for visualizing leaked gas using infrared rays.
上記特許文献1では、漏えいガスを可視化してガスの流れを把握することにより、漏えい位置を特定している。しかし、広範囲に十分な強度の赤外線を照射することは容易ではなく、また、ガスの漏えい量が少なく低濃度の場合、漏えいガスによる赤外線の吸収効果は非常に小さくなる。このため、漏えいガスが低濃度の場合には、必ずしも漏えいガスを可視化して漏えい位置を特定することができない。したがって、漏えい位置の特定に有効な情報を得ることができる技術が求められていた。 In Patent Literature 1, the leak position is specified by visualizing the leak gas and grasping the gas flow. However, it is not easy to irradiate infrared rays with sufficient intensity over a wide range, and when the amount of leaking gas is small and the concentration is low, the effect of absorbing the infrared rays by the leaked gas becomes extremely small. Therefore, when the concentration of the leaked gas is low, it is not always possible to visualize the leaked gas and specify the position of the leaked gas. Therefore, there has been a demand for a technique capable of obtaining information effective for specifying a leakage position.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低濃度の漏えいガスを可視化し、漏えい位置の特定に有効な情報を得ることが可能なガス可視化システム、ガス可視化方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a gas visualization system and a gas visualization method capable of visualizing low-concentration leaked gas and obtaining effective information for specifying a leakage position. Aim.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるガス可視化システムは、ガスが吸収する所定波長の光を照射する照射部と、前記所定波長の光を透過するフィルタ部と、前記フィルタ部を介して背景画像と測定画像とを撮像する撮像部と、前記背景画像を構成する画素の画素値と前記測定画像を構成する画素の画素値の差分値を画素ごとに算出し、各画素の前記差分値により構成された差分測定画像を生成する差分データ生成部と、測定の間に得られた前記差分値の和である積分画素値を画素ごとに算出し、各画素の前記積分画素値により構成された積分測定画像を生成する積分データ生成部と、前記測定画像と前記積分測定画像とを重ね合わせた可視化画像を生成する可視化画像生成部と、を備えることを特徴とするガス可視化システムとして構成される。 In order to solve the above problems and achieve the object, a gas visualization system according to the present invention includes: an irradiation unit that irradiates light having a predetermined wavelength absorbed by a gas; a filter unit that transmits light having the predetermined wavelength; and An imaging unit that captures a background image and a measurement image via a filter unit, and calculates a difference value between a pixel value of a pixel forming the background image and a pixel value of a pixel forming the measurement image for each pixel. A difference data generation unit that generates a difference measurement image constituted by the difference values of pixels, and calculates, for each pixel, an integration pixel value that is a sum of the difference values obtained during the measurement, and calculates the integration of each pixel. A gas comprising: an integration data generation unit configured to generate an integrated measurement image configured by pixel values; and a visualization image generation unit configured to generate a visualized image obtained by superimposing the measurement image and the integration measurement image. Visualization Configured as a stem.
また、本発明は、上記ガス可視化システムで用いられるガス可視化方法としても把握される。 The present invention is also understood as a gas visualization method used in the gas visualization system.
本発明によれば、低濃度の漏えいガスを可視化し、漏えい位置の特定に有効な情報を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to visualize a low-concentration leak gas and obtain information effective for specifying a leak position.
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるガス可視化システム、ガス可視化方法の実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of a gas visualization system and a gas visualization method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態におけるガス可視化システム1000の構成例を示す図である。図1に示すように、ガス可視化システム1000は、照射部100と、フィルタ部200と、撮像部300と、コンピュータ400とを有して構成されている。照射部100と撮像部300とコンピュータ400とは、互いにバス等の接続線により電気的に接続される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a
照射部100は、例えば、赤外線を照射するLED(Light Emitting Diode)光源を備えた赤外線光源である。フィルタ部200は、例えば、可視化対象ガスの吸収波長付近の赤外光だけを透過するBPF(バンドパスフィルタ)である。撮像部300は、例えば、背面Bから放射されまたは照射部100から照射された赤外光が背面Bによって反射された反射光を検出し、検出した反射光を含む画像を、フィルタ部200を介して撮像する赤外線カメラである。コンピュータ400は、例えば、撮像部300から出力された情報を用いて漏えいガスGを可視化するPC(Personal Computer)等の情報処理装置である。図1に示すように、コンピュータ400は、表示部401と、入力部402と、記憶部403と、制御部404とを有して構成されている。
The
表示部401は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示装置から構成され、漏えいガスを可視化した可視化画像を含む各種情報を表示する。入力部402は、例えば、キーボード等の入力装置から構成され、漏えいガスの測定指示を含む各種情報の入力を受け付ける。記憶部403は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等の記憶装置や記憶媒体から構成され、本システムに関する各種情報を記憶する。制御部404は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の演算装置から構成され、本システムに関する各種処理を実行する。記憶部403が記憶する情報や制御部404が実行する処理については後述する。
The
図2は、記憶部403が記憶する情報の例を示す図である。図2に示すように、記憶部403は、測定データ4031と、差分データ4032と、積分データ4033と、背景データ4034と、可視化画像データ4035を記憶する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of information stored in the
測定データ4031は、撮像部300が撮像した背面Bや漏えいガスGを含む画像データである。図3は、測定データ4031の例を示す図である。図3に示すように、測定データ4031は、漏えいガスの測定を開始してから終了するまでの間、連続して蓄積される個々の測定画像の集合である。図3では、測定を開始して最初に撮像された測定画像f1から順に蓄積され、漏えいガスの測定が終了するまでにl枚の測定画像が得られたことを示している。また、測定画像f1では、背面Bの手前側の中央部に漏えいガスGが検出される一方、測定画像f2では、背面Bの手前側の中央部から右部分に移動した漏えいガスG’が検出されていることがわかる。このように、測定データ4031には、漏えいガスの測定開始から終了までの間に連続して撮像された測定画像が記憶されている。
The
差分データ4032は、測定データ4031を構成するそれぞれの測定画像について、画素ごとに、背景データ4034との差分を算出したデータである。図4は、差分データ4032の例を示す図である。図4に示すように、差分データ4032は、l枚の測定画像のそれぞれを構成する画素ごとに、背景データ4034との差分を記憶した差分測定画像の集合である。図4では、例えば、差分測定画像f’1が、画素(1,1)から画素(m,n)までのmn個の画素から構成され、測定画像に含まれる画素(2,2)の画素値と、背景データ4034に含まれる画素(2,2)の画素値との差分がd1であり、その値を差分測定画像の画素(2,2)に対応する差分値として記憶していることを示している。同様に、測定画像f’2に含まれる画素(2,2)の画素値と、背景データ4034に含まれる画素(2,2)の画素値との差分を、差分測定画像の画素(2,2)の差分値d2として記憶していることがわかる。このように、それぞれの測定画像について、画素ごとに背景データ4034との画素値の差分が算出されるので、各画素を時系列に見て差分の変化を把握することができる。
The
積分データ4033は、差分データ4032を構成する各差分測定画像の各画素について、画素値の和を算出したデータである。図5は、積分データ4033の例を示す図である。図5に示すように、積分データ4033は、l枚の差分測定画像を構成するそれぞれの画素の画素値の和である積分画素値が算出された積分測定画像により構成されている。図5では、例えば、積分測定画像f”1に含まれる画素(2,2)の積分画素値はD1であることがわかる。このように、積分測定画像の画素ごとに積分画素値を算出しているので、背景データ4034を基準として、各画素が背景データ4034に対してどの程度差が生じているのかを把握することができる。
The
背景データ4034は、差分データ4032を算出するための基準となるデータである。図6は、背景データ4034の例を示す図である。図6に示すように、背景データ4034は、差分データ4032や積分データ4033と同様、mn個の画素で構成され、また、差分データ4032と同様に、l枚の背景画像の集合である。図6では、例えば、背景画像f0が、画素(1,1)から画素(m,n)までのmn個の画素から構成され、背景画像に含まれる画素(2,2)の画素値がr1であることを示している。背景データ4034の生成方法については後述する。
The
可視化画像データ4035は、最終的に漏えいガスをコンピュータ400に表示するためのデータであり、測定データ4031を構成するそれぞれの測定画像と、積分データ4033を構成する積分測定画像とを合成したデータである。図7は、可視化画像データ4035の例を示す図である。図7に示すように、可視化画像データ4035は、積分測定画像を構成する画素の積分画素値の大きさに応じて分類された色つき画素(例えば、積分画素値の大きさに対応して赤の濃淡を変化させる)と、測定画像とを重ね合わせて合成される。図7では、可視化画像F1に含まれる画素(2,2)にはある色(例えば、最も濃い赤)が付され、画素(2,3)にはある色(例えば、最大の半分の赤)が付されていることを示している。このように、それぞれの可視化画像について、画素ごとに漏えいガスの総量となる積分画素値の大きさに応じて色が付されているので、操作者は一見してどの位置に漏えいガスがあるのかを把握することができる。すなわち、色が最も濃い位置がガスの濃度が最も高いと考えられるため、ガスの漏えい元の特定作業に有効な情報を得ることができる。
The visualized
続いて、制御部404について説明する。制御部404は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の演算装置から構成され、本システムに必要な各処理を実行する。図8は、制御部404の機能的な構成を示すブロック図である。図8に示すように、制御部404は、測定実行部4041と、差分データ生成部4042と、積分データ生成部4043と、背景データ生成部4044と、可視化画像生成部4045とを有して構成されている。
Next, the
測定実行部4041は、入力部402を介して受け付けられた操作者からの指示に従って、漏えいガスの可視化処理を実行する。具体的には、図3に示した測定データ4031を出力し、記憶部403に記憶する。差分データ生成部4042は、測定データ4031と背景データ4034から、図4に示した差分データ4032を生成する。積分データ生成部4043は、差分データ4032を構成する差分測定画像の画素値の和を算出し、図5に示した積分データ4044を生成する。可視化画像生成部4045は、測定画像のそれぞれと積分測定画像とを重ね合わせて合成し、可視化画像を生成する。
The
続いて、本システムで行われる漏えいガス可視化処理について説明する。図9は、漏えいガス可視化処理の処理手順を示すシーケンス図である。図9に示すように、まず、本システムでは、操作者から、コンピュータ400の入力部402が、漏えいガス可視化処理の実行指示を受け付けると(ステップS901)、測定実行部4041は、照射部100に対して赤外線の照射指示を出力し(ステップS902)、撮像部300に対してカメラでの撮像指示を出力する(ステップS903)。
Subsequently, a leak gas visualization process performed by the present system will be described. FIG. 9 is a sequence diagram illustrating a processing procedure of the leak gas visualization processing. As shown in FIG. 9, in the present system, first, when the
照射部100は、照射指示に従って赤外線の照射を開始し(ステップS904)、撮像部300は、撮像指示に従ってカメラの撮像を開始する(ステップS905)。以降、赤外線の照射およびカメラの撮像は、本処理が終了するまで継続して実行される。
The irradiating
撮像部300は、上記撮像指示に従って撮像を開始すると、測定画像をコンピュータ400に出力する(ステップS906)。以降、測定画像の出力は、本処理が終了するまで継続して実行される。
When imaging is started according to the imaging instruction, the
測定実行部4041は、撮像部300から出力された測定画像を受け取り、記憶部403に測定データ4031として順次記憶する(ステップS907)。背景データ生成部4044は、背景データ4034を生成する(ステップS908)。ここで、背景データ4034の生成方法について説明する。
The
背景データ4034は、本来、漏えいガスの影響を受けていないときの背景画像を用いることが望ましい。しかし、ガス漏れ通報があり現場に到着した時点では既にガス漏れが生じている場合、上記背景画像を用いることは困難である。
Originally, it is desirable to use a background image when not affected by the leaked gas as the
そこで、例えば、測定画像の平均値を背景画像とする。上記のとおり、漏えいガスは時間と共にその位置が変化する。したがって、背景データ生成部4044は、測定開始から終了までに得られたそれぞれの測定画像について、測定画素の画素値を算出し、算出したそれぞれの測定画像の画素値を平均した画素値により構成される画像を背景画像に設定する。このように、背景画像を測定画像から得られた画素値の平均値として設定するとともに、その値と測定画像の画素値との差分を絶対値として扱い、その差分の和を算出することにより、一時的にガスの影響が小さい(すなわち、低濃度となる)場合でも、漏えいガスを可視化することができる。
Therefore, for example, the average value of the measurement images is used as the background image. As described above, the location of the leaked gas changes with time. Therefore, the background
また、壁などの物質から構成される背景は、通常、温度に比例して赤外線を放射している。このため、その物質に温度変化が生じた場合には、背景画像の画素値も変化する。例えば、背景の温度が低くなった場合、放射される赤外線が弱くなる。そのため、このような赤外線の変化が、温度に起因しているものであるか、または漏えいガスの吸収によるものなのかを正しく判別できない場合がある。低濃度の漏えいガスによる画素値の変化は小さいため、実際の現場では、背景の温度変化による影響を無視することができない。上記測定画像の平均を背景画像とした場合、温度変化により得られた画素値も積分されることとなるため、判別が一層難しくなる。実際には、漏えいガスの濃度の変化は短時間に発生し、背景の温度変化は短時間の間では小さい。 A background made of a material such as a wall usually emits infrared rays in proportion to the temperature. Therefore, when the temperature of the substance changes, the pixel value of the background image also changes. For example, when the background temperature is low, the emitted infrared light is weak. Therefore, it may not be possible to correctly determine whether such a change in infrared rays is caused by temperature or due to absorption of leaked gas. Since the change in the pixel value due to the low-concentration leak gas is small, the effect of the background temperature change cannot be ignored in an actual site. When the average of the measured images is used as the background image, the pixel values obtained by the temperature change are also integrated, so that the determination becomes more difficult. In practice, the change in the concentration of the leaked gas occurs in a short time, and the change in the background temperature is small during the short time.
そこで、例えば、最新の測定画像よりも所定時間前(例えば、1秒前)の測定画像を背景画像とし、両者の差分の絶対値を差分測定画像として算出し、その和を積分測定画像とする。このように背景画像を生成することにより、背景の温度変化の影響を排除することができる。例えば、図3に示した測定画像f2を背景画像とし、測定画像f2を構成する各画素の画素値と、最新の測定画像f1を構成する各画素の画素値との差分の絶対値を算出し、図4に示した差分測定画像とすればよい。 Therefore, for example, a measurement image that is a predetermined time before (for example, one second before) the latest measurement image is set as a background image, the absolute value of the difference between the two is calculated as a difference measurement image, and the sum is set as an integral measurement image. . By generating the background image in this way, the influence of the background temperature change can be eliminated. For example, the measurement image f2 shown in FIG. 3 is used as a background image, and the absolute value of the difference between the pixel value of each pixel forming the measurement image f2 and the pixel value of each pixel forming the latest measurement image f1 is calculated. , The difference measurement image shown in FIG.
さらに、実際の赤外線のカメラの画像はノイズが含まれているため、差分測定画像を構成する各画素を単純に積分した場合、ノイズも一緒に積分されてしまう。 Furthermore, since an actual infrared camera image contains noise, if each pixel constituting the difference measurement image is simply integrated, the noise is also integrated together.
そこで、ある所定時間前からの一定時間(例えば、2秒前から1秒前までの1秒間)に得られた測定画像を構成する各画素の画素値の平均値を算出し、背景画像としてもよい。このように背景画像を生成することにより、ノイズの影響を排除することができる。例えば、図3に示した測定画像fnからfn+mまでに得られた測定画像を構成する各画素の画素値の平均値を算出した画像を背景画像とし、測定画像fn−1を構成する各画素の画素値と、算出された背景画像を構成する各画素の画素値との差分の絶対値を算出し、図4に示した差分測定画像とすればよい。 Therefore, the average value of the pixel values of each pixel constituting the measurement image obtained within a certain period of time (for example, 1 second from 2 seconds to 1 second before) from a predetermined time before is calculated, and the average value is calculated as the background image. Good. By generating the background image in this way, the influence of noise can be eliminated. For example, an image obtained by calculating the average value of the pixel values of the pixels constituting the measurement image obtained from the measurement images fn to fn + m shown in FIG. The absolute value of the difference between the pixel value and the pixel value of each pixel constituting the calculated background image may be calculated to obtain the difference measurement image shown in FIG.
差分データ生成部4042は、記憶部403に記憶された測定画像と背景画像とを比較し、画素ごとの差分値を算出した差分測定画像を順次生成し、記憶部403に記憶する(ステップS909)。
The difference
積分データ生成部4043は、差分測定画像に対応する画素の画素値の和を算出した積分測定画像を生成する(ステップS910)。
The integral
可視化画像生成部4045は、上記測定画像と積分測定画像とを合成した可視化画像を順次生成し、表示部401に表示する(ステップS911)。
The visualized
測定実行部4041は、操作者から、コンピュータ400の入力部402が、漏えいガス可視化処理の実行終了指示を受け付けたか否かを判定し(ステップS912)、上記実行終了指示を受け付けたと判定した場合(ステップS912;Yes)、測定実行部4041は、照射部100に対してレーザの照射終了指示を出力し(ステップS913)、撮像部300に対してカメラでの撮像終了指示を出力する(ステップS914)。一方、測定実行部4041が上記実行終了指示を受け付けていないと判定した場合(ステップS912;No)、ステップS906以降の処理が繰り返し実行される。
The
照射部100および撮像部200は、コンピュータ400からの指示に従って、それぞれ動作を終了させ(ステップS915、S916)、測定実行部4041は、表示部401に可視化処理が終了した旨を表示する(ステップS917)。
The
このように、本システムでは、上記処理を実行するので、低濃度の漏えいガスを可視化し、漏えい位置の特定に有効な情報を得ることができる。 As described above, in the present system, since the above processing is executed, low-concentration leaked gas can be visualized, and information effective for specifying the position of the leaked gas can be obtained.
1000 ガス可視化システム
100 照射部
200 フィルタ部
300 撮像部
400 コンピュータ
401 表示部
402 入力部
403 記憶部
4031 測定データ
4032 差分データ
4033 積分データ
4034 背景データ
4035 可視化画像データ
404 制御部
4041 測定実行部
4042 差分データ生成部
4043 積分データ生成部
4044 背景データ生成部
4045 可視化画像生成部。
1000
Claims (6)
前記所定波長の光を透過するフィルタ部と、
前記フィルタ部を介して背景画像と測定画像とを撮像する撮像部と、
前記背景画像を構成する画素の画素値と前記測定画像を構成する画素の画素値の差分値を画素ごとに算出し、各画素の前記差分値により構成された差分測定画像を生成する差分データ生成部と、
測定の間に得られた前記差分値の和である積分画素値を画素ごとに算出し、各画素の前記積分画素値により構成された積分測定画像を生成する積分データ生成部と、
前記測定画像と前記積分測定画像とを重ね合わせた可視化画像を生成する可視化画像生成部と、
を備えることを特徴とするガス可視化システム。 An irradiation unit that irradiates light of a predetermined wavelength absorbed by the gas,
A filter unit that transmits light of the predetermined wavelength,
An imaging unit that captures a background image and a measurement image via the filter unit,
Difference data generation for calculating a difference value between a pixel value of a pixel forming the background image and a pixel value of a pixel forming the measurement image for each pixel, and generating a difference measurement image formed by the difference value of each pixel Department and
An integrated data generation unit that calculates an integrated pixel value that is a sum of the difference values obtained during the measurement for each pixel, and generates an integrated measurement image configured by the integrated pixel value of each pixel,
A visualization image generation unit that generates a visualization image obtained by superimposing the measurement image and the integral measurement image,
A gas visualization system comprising:
を備えることを特徴とする請求項1に記載のガス可視化システム。 The gas visualization system, a background data generation unit that sets an average value of pixel values of the measurement image obtained during the measurement to the background image,
The gas visualization system according to claim 1, comprising:
を備えることを特徴とする請求項1に記載のガス可視化システム。 The gas visualization system, a background data generation unit that sets a measurement image obtained by measurement a predetermined time before the latest measurement image as the background image,
The gas visualization system according to claim 1, comprising:
を備えることを特徴とする請求項1に記載のガス可視化システム。 The gas visualization system calculates a mean value of pixel values of each pixel constituting a measurement image obtained by measurement for a predetermined time from a predetermined time before, and a background data generation unit configured to set the background image.
The gas visualization system according to claim 1, comprising:
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のガス可視化システム。 The visualized image generating unit generates the visualized image colored with each pixel according to the size of the integrated pixel value,
The gas visualization system according to any one of claims 1 to 4, wherein:
前記背景画像を構成する画素の画素値と前記測定画像を構成する画素の画素値の差分値を画素ごとに算出し、
各画素の前記差分値により構成された差分測定画像を生成し、
測定の間に得られた前記差分値の和である積分画素値を画素ごとに算出し、
各画素の前記積分画素値により構成された積分測定画像を生成し、
前記測定画像と前記積分測定画像とを重ね合わせた可視化画像を生成する、
ことを特徴とするガス可視化方法。 Gas visualization having an irradiation unit that emits light of a predetermined wavelength absorbed by a gas, a filter unit that transmits the light of the predetermined wavelength, and an imaging unit that captures a background image and a measurement image via the filter unit. A gas visualization method performed in the system,
The difference between the pixel value of the pixel forming the background image and the pixel value of the pixel forming the measurement image is calculated for each pixel,
Generate a difference measurement image composed of the difference value of each pixel,
Calculate for each pixel an integrated pixel value that is the sum of the difference values obtained during the measurement,
Generating an integral measurement image composed of the integral pixel values of each pixel;
Generate a visualized image by superimposing the measurement image and the integral measurement image,
A gas visualization method comprising:
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