JP6787337B2 - ガス測定装置及びガス測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、空間に漏れたガスを遠隔から測定する技術に関する。

ガス漏れが発生したとき、漏れたガスが漂っている空間では、わずかな温度変化が生じる。この原理を利用してガスを測定する技術として、赤外線カメラを利用した遠隔からのガス測定が知られている。

例えば、特許文献１は、以下のガス検知方法を開示している。この方法では、一つの赤外線カメラと、探索されるガスの特徴を示す吸収線を含む透過帯域を有する第１のフィルタと、第１のフィルタの透過帯域と同様の透過帯域を有し、かつ、吸収線を透過させない第２のフィルタと、が用いられる。この方法は、第１フィルタを介して、温度が異なる２点からの放射束を赤外線カメラで検知するステップと、第１のフィルタから第２のフィルタに切り替えて、第２のフィルタを介して、それら２点からの放射束を赤外線カメラで検知するステップと、これらの検知結果を基にしてガスが存在するか否かを推定するステップと、を備える。

ガス漏れが測定されたとき、ガスの危険度（例えば、爆発の可能性）が判定される必要がある。ガスの危険度は、ガスが漂っている空間のガス濃度で判定することができる。しかし、赤外線カメラを利用した遠隔からのガス測定では、ガスが漂っている空間のガスの濃度を直接測定することができず、ガスの濃度厚み積を測定する。ガスの濃度厚み積とは、ガスの濃度を、ガスが漂っている空間の奥行き方向に沿って積分した値を意味する。

空間を漂っているガスは、ガス雲と称される。同じ濃度厚み積であっても、ガス雲の濃度が低く、かつ、ガス雲の奥行き方向のサイズが大きい場合と、ガス雲の濃度が高く、かつ、ガス雲の奥行き方向のサイズが小さい場合とがある。後者は、前者よりも危険である。

米国特許第５３０６９１３号明細書

本発明は、ガスが漂っている空間の奥行き方向のガスの濃度分布を測定できるガス測定装置及びガス測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の局面に係るガス測定装置は、取得部、算出部、第１の生成部、第２の生成部、及び、出力部を備える。前記取得部は、ガスが漂っている空間を撮影した赤外画像を示す画像データを取得する。前記算出部は、前記赤外画像上に設定され、前記空間の水平方向を示す軸を水平軸とし、前記赤外画像を構成する全画素のうち、前記水平軸と重なる方向に並ぶ各画素について、前記画像データに含まれる前記各画素の画素データを基にして、前記ガスの濃度厚み積を前記各画素に対応させて算出する。前記第１の生成部は、前記算出部によって算出された前記濃度厚み積を用いて、前記水平軸上の前記濃度厚み積の分布を示す第１のグラフを生成する。前記第２の生成部は、前記第１の生成部によって生成された前記第１のグラフを用いて、前記各画素の中から前記濃度厚み積がゼロとなる所定の画素を基準画素として決定し、前記空間の水平方向を示し、前記水平軸と対応する軸を第１の軸とし、前記基準画素と前記各画素との距離を前記空間での距離に換算した値を換算値とし、前記第１のグラフで示される前記各画素に対応する前記濃度厚み積を、前記各画素に対応する前記換算値で割ることにより、前記第１の軸上の前記ガスの濃度分布を示す第２のグラフを生成する。前記出力部は、前記第２の生成部によって生成された前記第２のグラフを出力する。

上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。

空間を漂っているガスと、空間に仮想的に設定された座標系との関係を説明する説明図である。 空間の水平方向及び奥行き方向のガスの濃度分布を示すグラフである。 ガスの濃度厚み積の分布を示すグラフである。 本実施形態に係るガス測定装置の構成を示すブロック図である。 図４Ａに示すガス測定装置に備えられる制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。 赤外線撮像部において、フィルタが光学系と赤外線イメージセンサとの間から除かれた状態で撮影された赤外画像とガスを含む背景との関係を説明する説明図である。 赤外線撮像部において、フィルタが光学系と赤外線イメージセンサとの間に配置された状態で撮影された赤外画像とガスを含む背景との関係を説明する説明図である。 本実施形態に係るガス測定装置の動作を説明するフローチャートである。 表示部に表示された赤外画像を示す画像図である。 表示部に表示された赤外画像上に設定された水平軸を示す模式図である。 ステップＳ２で算出されたガスの濃度厚み積の分布を示すグラフ、及び、このグラフをガウスフィッティングしたグラフである。 ステップＳ４で生成されたグラフである。 赤外画像、及び、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を示すグラフを示す画像図である。 赤外画像、ガス雲像、及び、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を示すグラフを示す画像図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。

図１は、空間を漂っているガスと、空間に仮想的に設定された座標系との関係を説明する説明図である。空間には、ガス漏れの監視対象（例えば、ガス輸送管どうしが接続されている場所）がある。その場所にガス漏れ箇所Ｐが発生し、ガス漏れ箇所Ｐから漏れたガスが空間を漂っている。

ガス漏れ箇所Ｐの真上方向（鉛直方向）を示す軸がｙ軸とされる。ｘ１軸、ｘ２軸、ｘ３軸は、それぞれ、ｙ軸と直交し、水平方向を示す軸である。ｚ１軸は、ｘ１軸及びｙ軸と直交し、ｘ１軸、ｙ軸及びｚ１軸の座標系において、奥行き方向を示す軸である。ｚ２軸は、ｘ２軸及びｙ軸と直交し、ｘ２軸、ｙ軸及びｚ２軸の座標系において、奥行き方向を示す軸である。ｚ３軸は、ｘ３軸及びｙ軸と直交し、ｘ３軸、ｙ軸及びｚ３軸の座標系において、奥行き方向を示す軸である。平面ＰＬ１は、ｘ１軸とｚ１軸とで規定される平面である。平面ＰＬ２は、ｘ２軸とｚ２軸とで規定される平面である。平面ＰＬ３は、ｘ３軸とｚ３軸とで規定される平面である。

空間において、ガス漏れ箇所Ｐの真上方向を示す軸が第２の軸（ｙ軸）とされ、第２の軸と直交し、水平方向を示す軸が第１の軸（ｘ１軸、ｘ２軸、ｘ３軸）とされ、第２の軸及び第１の軸と直交し、奥行き方向を示す軸が第３の軸（ｚ１軸、ｚ２軸、ｚ３軸）とされる。第１の軸は、後で説明するように、赤外画像上に設定された水平軸（図９）と対応する。漏れたガスは、空間の水平方向と奥行き方向とに均等に広がるので、空間の水平方向を示す第１の軸上のガスの濃度分布と、空間の奥行き方向を示す第３の軸上のガスの濃度分布とは、等しいと見なすことができる。

これを図面で説明する。図２は、空間の水平方向及び奥行き方向のガスの濃度分布を示すグラフである。図１及び図２を参照して、水平方向がｘ１軸のとき、奥行き方向はｚ１軸となる。水平方向がｘ２軸のとき、奥行き方向はｚ２軸となる。水平方向がｘ３軸のとき、奥行き方向はｚ３軸となる。ガスの濃度は、ガス漏れ箇所Ｐから離れるに従って低くなる。ガスの濃度の最大値Ｖ１を、ｘ１軸とｚ１軸との場合、ｘ２軸とｚ２軸との場合、ｘ３軸とｚ３軸との場合とで比較すると、ｘ１軸とｚ１軸との場合の最大値Ｖ１＞ｘ２軸とｚ２軸との場合の最大値＞ｘ３軸とｚ３軸との場合の最大値Ｖ１となる。

本実施形態は、ｘ軸上のガスの濃度分布を示すグラフの形状、及び、ｚ軸上のガスの濃度分布を示すグラフの形状は、正規分布のグラフの形状と見なすことができ、同じ座標系の場合、ｘ軸上のガスの濃度分布とｚ軸上のガスの濃度分布とが、同じであることを前提とする。すなわち、ｘ軸上のガスの濃度分布は、式（１）となり、ｚ軸上のガスの濃度分布は、式（２）となる。

ｃは、ガスの濃度分布を示す。σは、標準偏差、つまり、ガスの広がりを示す。ｙは、ガス漏れ箇所Ｐまでの距離を示す。ａは、指数を示す。ガス漏れ箇所Ｐから離れるに従ってガスが広がり、かつ、濃度が低下する。

例えば、ｘ１軸上のガスの濃度分布とｚ１軸上のガスの濃度分布とが同じであり、ｘ２軸上のガスの濃度分布とｚ２軸上のガスの濃度分布とが同じであり、ｘ３軸上のガスの濃度分布とｚ３軸上のガスの濃度分布とが同じである。

図３は、ガスの濃度厚み積の分布を示すグラフである。図１及び図３を参照して、グラフ１は、ｘ１軸上のガスの濃度厚み積の分布を示す。グラフ２は、ｘ２軸上のガスの濃度厚み積の分布を示す。グラフ３は、ｘ３軸上のガスの濃度厚み積の分布を示す。本実施形態では、これらのグラフの形状が正規分布のグラフの形状と見なす。グラフ１、グラフ２及びグラフ３から分かるように、ガス漏れ箇所Ｐから離れるに従ってガスの濃度厚み積が小さくなり、かつ、水平方向（ｘ１軸、ｘ２軸、ｘ３軸）の広がりが大きくなる。

本実施形態では、ｘ軸上のガスの濃度厚み積を基にして、ｘ軸上のガスの濃度分布を求め、これを、ｚ軸上のガスの濃度分布と見なすのである。

図４Ａは、本実施形態に係るガス測定装置１の構成を示すブロック図である。ガス測定装置１は、赤外線撮像部２、制御部３、表示部４及び入力部５を備える。

赤外線撮像部２は、ガスが漂っている空間（言い換えれば、ガスを含む背景）を被写体とし、被写体の赤外画像を撮影し、赤外画像を示す画像データを生成する。赤外線撮像部２は、赤外線カメラであり、光学系２０、フィルタ２１、赤外線イメージセンサ２２及び信号処理部２３を備える。

光学系２０は、ガスが漂っている空間の熱画像を赤外線イメージセンサ２２上で結像させる。測定対象となるガスは、例えば、メタンである。空間には、ガス漏れの監視対象（例えば、ガス輸送管どうしが接続されている場所）がある。

フィルタ２１は、測定対象となるガスの吸収線をカットする。フィルタ２１は、切り替え機構（不図示）によって、光学系２０と赤外線イメージセンサ２２との間から除かれた状態（第１の状態）と光学系２０と赤外線イメージセンサ２２との間に配置された状態（第２の状態）とに切り替え可能にされている。

赤外線イメージセンサ２２は、赤外線を検知できる複数のセンサ画素が二次元に配列された構造を有する。赤外線イメージセンサ２２は、第１の状態のとき、光学系２０を通過した赤外線を受光し、第２の状態のとき、光学系２０及びフィルタ２１を通過した赤外線を受光する。

信号処理部２３は、赤外線イメージセンサ２２から出力されたアナログ信号を、デジタル信号に変換し、公知の画像処理をする。このデジタル信号が、画像データＤ１となる。

表示部４は、赤外線撮像部２によって撮影された赤外画像等が表示される。表示部４は、例えば、液晶ディスプレイにより実現される。

入力部５は、キーボードや表示部４に設けられたタッチパネルにより実現され、ガス測定に関連する各種入力がされる。

制御部３は、機能ブロックとして、表示制御部３０、算出部３１、第１の生成部３２、第２の生成部３３、設定部３４及び取得部３５を備える。制御部３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等によって実現される。

取得部３５は、赤外線撮像部２の通信部（不図示）と通信する通信インターフェイスである。取得部３５は、赤外線撮像部２の通信部から送られてきた動画データＤ１（空間の赤外画像を示す画像データ）を取得する。

表示制御部３０は、取得部３５によって取得された動画データＤ１で示される赤外画像等を表示部４に表示させる。表示制御部３０及び表示部４は、出力部として機能する。出力部は、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を示すグラフ（第３のグラフ）を出力する。

算出部３１は、空間を漂っているガスの濃度厚み積を算出する。濃度厚み積の算出について説明する。図５は、赤外線撮像部２において、フィルタ２１が光学系２０と赤外線イメージセンサ２２との間から除かれた状態で撮影された赤外画像とガスを含む背景との関係を説明する説明図である。図６は、赤外線撮像部２において、フィルタ２１が光学系２０と赤外線イメージセンサ２２との間に配置された状態で撮影された赤外画像とガスを含む背景との関係を説明する説明図である。ガスは、ガス漏れの監視対象から漏れており、空間を漂っている。赤外画像は、１番目からＭ番目までのＭ個（複数）の画素が二次元に配列されて構成される。赤外画像は、例えば、横１２８画素×縦９６画素で構成される。この場合、画素数Ｍは、１２８×９６となる。赤外画像を示す画像データＤ１は、Ｍ個の画素データを含む。画素データは、画素に対応する領域の背景温度を示す。

背景は、Ｍ個の画素のそれぞれに対応する１番目からＭ番目までのＭ個の領域に仮想的に分割されている。例えば、１番目の画素は、１番目の領域に対応しており、１番目の画素の画素データは、１番目の領域の背景温度を示している。Ｊ番目の画素は、Ｊ番目の領域に対応しており、Ｊ番目の画素の画素データは、Ｊ番目の領域の背景温度を示している。

ある領域に位置するガスの濃度厚み積を算出するためには、その領域にガスが有る場合のその領域の背景温度（ガス有り背景温度）、及び、その領域にガスが無い場合のその領域の背景温度（ガス無し背景温度）が必要となる。例えば、Ｊ番目の領域に位置するガスの濃度厚み積を算出するためには、Ｊ番目の領域のガス有り背景温度、及び、Ｊ番目の領域のガス無し背景温度が必要となる。

本実施形態では、まず、フィルタ２１が光学系２０と赤外線イメージセンサ２２との間から除かれた状態で、赤外画像を撮影する（図５）。次に、フィルタ２１が光学系２０と赤外線イメージセンサ２２との間に配置された状態で、赤外画像を撮影する（図６）。後者の状態のとき、フィルタ２１によりガスの吸収線がカットされるので、ガスが無い場合と同じ場合が実現される。これにより、ある領域（例えば、Ｊ番目の領域）にガスが有る場合とその領域（Ｊ番目の領域）にガスが無い場合とを実現する。

本実施形態では、いわゆるセカンドサイト（Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｉｇｈｔ）方式を利用して、ガスの濃度厚み積を算出する。この方式では、漏れたガスが漂っており、かつ、背景温度が異なる２つの領域のそれぞれの赤外線量を求める。２つの領域は、Ｍ個の領域のいずれかであり、以下、領域Ａ、領域Ｂとする。セカンドサイト方式では、次式で濃度厚み積ｃｔの値を振り、次式の両辺が最も等しくなる濃度厚み積ｃｔを、領域Ａ及び領域Ｂにおけるガスの濃度厚み積ｃｔとして求めている。

ここで、Ｐ_Ａは、領域Ａにおける赤外線撮像部２によって観測された赤外線量であり、Ｂ（Ｔ_{ｂａｃｋ＿Ａ}，λ）は、領域Ａにおける背景輻射赤外線量であり（Ｔ_{ｂａｃｋ＿Ａ}は、領域Ａにおける背景温度であり、λは波長である）、Ｐ_Ｂは、領域Ｂにおける赤外線撮像部２によって観測された赤外線量であり、Ｂ（Ｔ_{ｂａｃｋ＿Ｂ}，λ）は、領域Ｂにおける背景輻射赤外線量であり（Ｔ_{ｂａｃｋ＿Ｂ}は、領域Ｂにおける背景温度である）、Ｓ（λ）は、光学系透過率であり、ｃｔは、ガスの濃度厚み積であり（ｃは濃度であり、ｔは厚みである）、εおよびα（λ）それぞれは、パラメータ（係数）である。積分∫は、観測した赤外線の波長範囲に亘って実行される。

領域Ａにおける赤外線量は、Ｍ個の画素のうち、領域Ａに対応する画素の画素データを基にして求められる。領域Ｂにおける赤外線量は、Ｍ個の画素のうち、領域Ｂに対応する画素の画素データを基にして求められる。このように、ある領域のガスの濃度厚み積は、その領域に対応する画素の画素データを基にして求められる。算出部３１は、ガスの濃度厚み積を、Ｍ個の領域（Ｍ個の画素）のそれぞれに対応させて算出する。

第１の生成部３２、第２の生成部３３及び設定部３４については、ガス測定装置１の動作で説明する。

図４Ｂは、制御部３のハードウェア構成を示すブロック図である。制御部３は、ＣＰＵ１０ａ、ＲＡＭ１０ｂ、ＲＯＭ１０ｃ、ＨＤＤ１０ｄ、及び、これらを接続するバス１０ｅを備える。ＨＤＤ１０ｄ（ＨＤＤ１０ｄの替わりにＲＯＭ１０ｃでもよい）には、図４Ａに示す表示制御部３０、算出部３１、第１の生成部３２、第２の生成部３３、設定部３４、及び、取得部３５について、これらの機能ブロックをそれぞれ実現するためのプログラムが格納されている。ＣＰＵ１０ａは、これらのプログラムを、ＨＤＤ１０ｄから読み出してＲＡＭ１０ｂに展開させ、展開されたプログラムを実行することによって、これらの機能ブロックが実現される。ＣＰＵ１０ａによって実行されるこれらのプログラムのフローチャートが、次に説明する図７である。

本実施形態に係るガス測定装置１の動作を説明する。図７は、この動作を説明するフローチャートである。図４Ａ及び図７を参照して、表示制御部３０は、赤外線撮像部２によって撮影された赤外画像を表示部４に表示させる（ステップＳ１）。図８は、表示部４に表示された赤外画像を示す画像図である。

ガス測定装置１の操作者（測定者）は、入力部５を操作して、表示部４に表示された赤外画像において、ガス漏れ箇所（例えば、図１に示すガス漏れ箇所Ｐ）の位置をカーソル１００で指定する。すなわち、表示部４に表示された赤外画像において、操作者が注目する位置を注目位置とし、操作者が入力部５を操作して、注目位置を指定する入力がされる。設定部３４は、カーソル１００で指定されたガス漏れ箇所（注目位置）を通る水平軸を赤外画像上に設定する。水平軸は、漏れたガスが漂っている空間の水平方向を示す軸である。図９は、表示部４に表示された赤外画像上に設定された水平軸を示す模式図である。水平軸は、赤外画像のＪ行目に設定されている。図９では、簡単のために、各行の画素を７個にしているが、横が１２８画素の赤外画像の場合、各行の画素は１２８個となる。水平軸は、図１のｘ軸（例えば、ｘ１軸、ｘ２軸、ｘ３軸）で示される空間の水平方向を示す軸と対応する。

算出部３１は、表示部４に表示された赤外画像を構成する全画素のうち、水平軸と重なる方向に並ぶ各画素について、赤外画像を示す画像データＤ１に含まれる各画素の画素データを基にして、ガスの濃度厚み積を各画素に対応させて算出する（ステップＳ２）。図９を参照して、算出部３１は、水平軸と重なる方向に並ぶ各画素（Ｊ−３番目の画素、Ｊ−２番目の画素、Ｊ−１番目の画素、Ｊ番目の画素、Ｊ＋１番目の画素、Ｊ＋２番目の画素、Ｊ＋３番目の画素）について、赤外画像を示す画像データＤ１に含まれる各画素の画素データを基にして、ガスの濃度厚み積を各画素に対応させて算出する。

詳しく説明すると、算出部３１は、Ｊ−３番目の画素の画素データを基にして、Ｊ−３番目の画素に対応するガスの濃度厚み積（Ｊ−３番目の領域のガスの濃度厚み積）を算出し、Ｊ−２番目の画素の画素データを基にして、Ｊ−２番目の画素に対応するガスの濃度厚み積（Ｊ−２番目の領域のガスの濃度厚み積）を算出し、Ｊ−１番目の画素の画素データを基にして、Ｊ−１番目の画素に対応するガスの濃度厚み積（Ｊ−１番目の領域のガスの濃度厚み積）を算出し、Ｊ番目の画素の画素データを基にして、Ｊ番目の画素に対応するガスの濃度厚み積（Ｊ番目の領域のガスの濃度厚み積）を算出し、Ｊ＋１番目の画素の画素データを基にして、Ｊ＋１番目の画素に対応するガスの濃度厚み積（Ｊ＋１番目の領域のガスの濃度厚み積）を算出し、Ｊ＋２番目の画素の画素データを基にして、Ｊ＋２番目の画素に対応するガスの濃度厚み積（Ｊ＋２番目の領域のガスの濃度厚み積）を算出し、Ｊ＋３番目の画素の画素データを基にして、Ｊ＋３番目の画素に対応するガスの濃度厚み積（Ｊ＋３番目の領域のガスの濃度厚み積）を算出する。

第１の生成部３２は、ステップＳ２で算出された濃度厚み積を用いて、図９に示す水平軸上のガスの濃度厚み積の分布を示すグラフ（第１のグラフ）を生成する（ステップＳ３）。図１０は、ステップＳ２で算出されたガスの濃度厚み積の分布を示すグラフ、及び、このグラフをガウスフィッティングしたグラフである。前者のグラフは、ｃｔ（実測）で示す線であり、後者のグラフは、ｃｔ（計算）で示す線である。グラフの横軸は、画素の順番（０番目から１２７番目までの画素の順番）を示している。例えば、Ｊ行目の場合、Ｊ行目の０番目から１２７番目までの画素の順番を示している。グラフの縦軸は、ガスの濃度厚み積を示している。

第１の生成部３２は、ｃｔ（実測）のグラフ、すなわち、ステップＳ２で算出されたガスの濃度厚み積の分布を示すグラフ（第４のグラフ）を生成する。そして、第１の生成部３２は、正規分布の形状になるように、ｃｔ（実測）のグラフを、最小二乗法を用いてフィッティングして、ｃｔ（実測）のグラフからｃｔ（計算）のグラフを生成する。ｃｔ（計算）のグラフが、上記第１のグラフとなる。本実施形態では、ｃｔ（計算）のグラフを、第１のグラフにしているが、ｃｔ（実測）のグラフを第１のグラフにしてもよい。

第２の生成部３３は、ステップＳ３で生成されたグラフ（第１のグラフ）を用いて、０番目から１２７番目までの画素（各画素）の中からガスの濃度厚み積がゼロとなる所定の画素を基準画素として決定する。図１０を参照して、第１のグラフであるｃｔ（計算）のグラフは、０番目から３２番目までの画素に対応するガスの濃度厚み積がゼロであり、３３番目の画素に対応するガスの濃度厚み積がゼロより大きいとする。第２の生成部３３は、ガスの濃度厚み積がゼロからゼロより大きい値に切り替わる画素である３２番目の画素を基準画素として決定する。

第２の生成部３３は、空間の水平方向を示し、水平軸（図９）と対応する軸を第１の軸とし、基準画素と各画素（０番目から１２７番目までの画素）との距離を空間での距離に換算した値を換算値とし、第１のグラフで示される各画素（０番目から１２７番目までの画素）に対応するガスの濃度厚み積を、各画素（０番目から１２７番目までの画素）に対応する換算値で割ることにより、第１の軸上のガスの濃度分布を示すグラフ（第２のグラフ）を生成する（ステップＳ４）。第１の軸は、例えば、図１のｘ１軸、ｘ２軸又はｘ３軸である。

具体的に説明すると、水平軸（図９）と重なる方向に並ぶ各画素の中で、基準画素の順番を、３２とする。一つの画素のサイズを空間での距離に換算した値を、１メートルとする。ｃｔ（計算）のグラフで示される５０番目の画素に対応するガスの濃度厚み積が、５００とする。５０番目の画素に対応するガスの濃度は、５００÷（５０−３２）×１となる。第２の生成部３３は、各画素について、ガスの濃度を算出する。

図１１は、ステップＳ４で生成されたグラフ（第２のグラフ）である。グラフの横軸は、画素の順番（０番目から１２７番目までの画素の順番）を示している。例えば、Ｊ行目の場合、Ｊ行目の０番目から１２７番目までの画素の順番を示している。グラフの縦軸は、ガスの濃度を示している。

表示制御部３０は、ステップＳ４で生成されたグラフ（第２のグラフ）を、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を示すグラフ（第３のグラフ）として表示部４に表示させる（ステップＳ５）。図１２は、赤外画像、及び、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を示すグラフ１０１（第３のグラフ）を示す画像図である。グラフ１０１は、図８の赤外画像上に重ねて表示部４に表示されている。

本実施形態では、図１に示す原点の位置から奥行き方向を示す軸（例えば、ｚ１軸、ｚ２軸、ｚ３軸）上のガスの濃度分布を求めている。これを求めるための一般式は、以下の通りである。

ガスの濃度＝ガスの濃度厚み積÷距離
（距離は、ガス漏れ箇所Ｐの位置と注目位置との距離である。）

本実施形態では、同じ平面（例えば、平面ＰＬ１）の場合、奥行き方向のガスの濃度分布が同じと仮定して、ガスの濃度を求める。つまり、原点から水平方向にずれた位置（例えば、ｘ１軸上の任意の位置）において、この位置から奥行き方向を示す軸上のガスの濃度は、原点の位置（ｘ１軸の原点）から奥行き方向を示す軸上のガス濃度分布を用いて、ガスの濃度を求める。

本実施形態の主な効果を説明する。図４Ａ及び図７を参照して、第１の生成部３２は、図８に示す赤外画像上に設定された水平軸上のガスの濃度厚み積の分布を示すグラフ（第１のグラフ）を生成する（ステップＳ３）。第２の生成部３３は、第１のグラフを基にして、ガスの濃度分布を示すグラフ（第２のグラフ）を生成する（ステップＳ４）。第２のグラフは、ガスが漂っている空間において、水平軸と対応する軸を第１の軸としたとき、第１の軸上のガスの濃度分布を示すグラフである。例えば、第１の軸が図１に示すｘ１軸のとき、ｘ１軸上のガスの濃度分布を示すグラフであり、第１の軸がｘ２軸のとき、ｘ２軸上のガスの濃度分布を示すグラフであり、第１の軸がｘ３軸のとき、ｘ３軸上のガスの濃度分布を示すグラフである。

表示制御部３０は、第２のグラフを、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を示すグラフ（第３のグラフ）として、表示部４に表示させる（ステップＳ５）。第３のグラフは、空間において、第１の軸と直交し、奥行き方向を示す軸を第３の軸としたとき、第３の軸上のガスの濃度分布を示す。例えば、第１の軸が図１に示すｘ１軸であり、かつ、第３の軸がｚ１軸のとき、ｚ１軸上のガスの濃度分布を示すグラフであり、第１の軸がｘ２軸であり、かつ、第３の軸がｚ２軸のとき、ｚ２軸上のガスの濃度分布を示すグラフであり、第１の軸がｘ３軸であり、かつ、第３の軸がｚ３軸のとき、ｚ３軸上のガスの濃度分布を示すグラフである。従って、本実施形態に係るガス測定装置１によれば、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を測定することができる。

また、本実施形態によれば、図１２に示すように、表示制御部３０は、赤外線撮像部２によって撮像された赤外画像と、奥行き方向のガスの濃度分布を示すグラフ（第３のグラフ）とを一緒に表示部４に表示させている。これにより、ガス測定装置１の操作者は、赤外画像からガスが漏れている様子を認識できると共に、奥行き方向のガスの濃度分布を認識することができる。

なお、本実施形態によれば、ステップＳ１で説明したように、操作者が、ガス漏れ箇所の位置を指定し、設定部３４が、その位置を通る水平軸を赤外画像上に設定している。しかしながら、ガス測定装置１がガス漏れ箇所の位置を測定し、設定部３４が、その位置を通る水平軸を赤外画像上に設定してもよい。

図１２に示すように、本実施形態では、第３のグラフであるグラフ１０１の出力として、グラフ１０１を表示部４に表示させている。しかしながら、グラフ１０１の出力として、グラフ１０１が印刷されてもよいし、図１２に示す赤外画像及びグラフ１０１が印刷されてもよい。

本実施形態は、第３のグラフを出力する。しかしながら、第２のグラフ（図１１）が出力されてもよい。ステップＳ５で説明したように、表示制御部３０は、第２のグラフを、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を示すグラフ（第３のグラフ）として、表示部４に表示させる。従って、第２のグラフのデータと第３のグラフのデータとは同じである（言い換えれば、第２のグラフの形状と第３のグラフの形状とは同じである）。よって、測定者は、第２のグラフを見て、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を判断することができる。なお、第２のグラフが出力される場合、表示制御部３０は、図１２において、グラフ１０１の替わりに、第２のグラフを表示部４に表示させる。

本実施形態によれば、図１２に示す赤外画像及びグラフ１０１を表示部４に表示させているが、図１３に示す赤外画像、グラフ１０１及びガス雲像１０２を含む画像を、表示部４に表示させてもよい。ガス雲像１０２は、ガスが漂っている空間の水平方向と鉛直方向とにおいて、ガスの広がりを示す。ガス雲像１０２の濃淡は、奥行き方向において、ガスの濃度の最高値が同じ箇所を同じ濃度で示している。図１３に示すガス雲像１０２は、濃淡が異なる三つの領域を有する。ガスの濃度の最高値が大きくなるに従って、領域の濃度が高くなる。なお、濃淡が異なる領域は、三つに限定されず、複数であればよい。

ガス測定装置１の制御部３が、奥行き方向のガスの濃度の最高値が、所定のしきい値（例えば、爆発の危険性を示す値）を超えると判断すれば、ガス測定装置１がそれを報知するようにしてもよい。例えば、メタンの場合、２００００ｐｐｍを超えれば、爆発の危険性があるので、奥行き方向のガスの濃度の最高値が２００００ｐｐｍを超えれば、ガス測定装置１は、それを報知する。報知の態様として、警報を鳴らす態様や、図１３に示すガス雲像１０２の領域のうち、奥行き方向のガスの濃度の最高値が、所定のしきい値を超えている領域を点滅させる態様がある。

（実施形態の纏め）
本実施形態の第１の局面に係るガス測定装置は、空間の赤外画像を示す画像データを取得する取得部と、前記赤外画像上に設定され、前記空間の水平方向を示す軸を水平軸とし、前記赤外画像を構成する全画素のうち、前記水平軸と重なる方向に並ぶ各画素について、前記画像データに含まれる前記各画素の画素データを基にして、前記ガスの濃度厚み積を前記各画素に対応させて算出する算出部と、前記算出部によって算出された前記濃度厚み積を用いて、前記水平軸上の前記濃度厚み積の分布を示す第１のグラフを生成する第１の生成部と、前記第１の生成部によって生成された前記第１のグラフを用いて、前記各画素の中から前記濃度厚み積がゼロとなる所定の画素を基準画素として決定し、前記空間の水平方向を示し、前記水平軸と対応する軸を第１の軸とし、前記基準画素と前記各画素との距離を前記空間での距離に換算した値を換算値とし、前記第１のグラフで示される前記各画素に対応する前記濃度厚み積を、前記各画素に対応する前記換算値で割ることにより、前記第１の軸上の前記ガスの濃度分布を示す第２のグラフを生成する第２の生成部と、前記第２の生成部によって生成された前記第２のグラフを、前記空間の奥行き方向の前記ガスの濃度分布を示す第３のグラフとして出力する出力部と、を備える。実施形態で説明しているように、第２のグラフのデータと第３のグラフのデータとは同じである。よって、出力部は、第３のグラフの替わりに第２のグラフを出力してもよい。

空間において、ガスが漏れた箇所の真上方向を示し、第１の軸と直交する軸を第２の軸とし、第１の軸及び第２の軸と直交し、空間の奥行き方向を示す軸を第３の軸とする。漏れたガスは、空間の水平方向と奥行き方向とに均等に広がるので、空間の水平方向を示す第１の軸上のガスの濃度分布と、空間の奥行き方向を示す第３の軸上のガスの濃度分布とは、等しいと見なすことができる。本実施形態の第１の局面に係るガス測定装置は、これに着目して創作された。

第１の生成部は、赤外画像上に設定された水平軸上のガスの濃度厚み積の分布を示す第１のグラフを生成する。第２の生成部は、第１のグラフを基にして、第２のグラフを生成する。このグラフは、空間において、水平軸と対応する軸を第１の軸としたとき、第１の軸上のガスの濃度分布を示すグラフである。出力部は、第２のグラフを、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を示す第３のグラフとして出力する。これは、空間において、第１の軸と直交し、奥行き方向を示す軸を第３の軸としたとき、第３の軸上のガスの濃度分布を示す。従って、本実施形態の第１の局面に係るガス測定装置によれば、空間の奥行き方向のガスの濃度分布を測定することができる。

出力部は、第３のグラフを表示部に表示させてもよいし、第３のグラフを紙に印刷してもよい。

上記構成において、前記出力部が出力する前記第３のグラフは、前記空間において、前記ガスが漏れた箇所の真上方向を示し、前記第１の軸と直交する軸を第２の軸とし、前記第１の軸及び前記第２の軸と直交し、前記空間の奥行き方向を示す軸を第３の軸としたとき、前記第３の軸上の各位置での前記ガスの濃度分布のグラフである。

この構成は、第３のグラフの座標系の一例である。

上記構成において、前記第１の生成部は、前記算出部によって算出された前記濃度厚み積の分布を示す第４のグラフを生成し、正規分布のグラフの形状になるように、前記第４のグラフをフィッティングして、前記第４のグラフから前記第１のグラフを生成する。

この構成は、第１のグラフの生成の仕方の一例である。第４のグラフ自体を第１のグラフにしてもよい。

上記構成において、前記出力部は、表示部と、前記赤外画像と前記第３のグラフとを一緒に前記表示部に表示させる表示制御部と、を含む。

この構成によれば、赤外画像からガスが漏れている様子を認識できると共に、奥行き方向のガスの濃度分布を認識することができる。なお、出力部が第２のグラフを出力する態様の場合、表示制御部は、赤外画像と第２のグラフとを一緒に表示部に表示させる。

上記構成において、前記算出部によって前記濃度厚み積が算出される前であって、前記赤外画像が前記表示部に表示された状態で、前記赤外画像のうち、前記ガス測定装置の操作者が注目する位置を注目位置とし、前記操作者の操作によって、前記注目位置を指定する入力がされる入力部と、前記入力部に入力された前記注目位置を通る前記水平軸を設定する設定部と、をさらに備える。

この構成によれば、操作者が水平軸の位置を設定することができる。

本実施形態の第２の局面に係るガス測定方法は、空間の赤外画像を示す画像データを取得する第１のステップと、前記赤外画像上に設定され、前記空間の水平方向を示す軸を水平軸とし、前記赤外画像を構成する全画素のうち、前記水平軸と重なる方向に並ぶ各画素について、前記画像データに含まれる前記各画素の画素データを基にして、前記ガスの濃度厚み積を前記各画素に対応させて算出する第２のステップと、前記第２のステップによって算出された前記濃度厚み積を用いて、前記水平軸上の前記濃度厚み積の分布を示す第１のグラフを生成する第３のステップと、前記第３のステップによって生成された前記第１のグラフを用いて、前記各画素の中から前記濃度厚み積がゼロとなる所定の画素を基準画素として決定し、前記空間の水平方向を示し、前記水平軸と対応する軸を第１の軸とし、前記基準画素と前記各画素との距離を前記空間での距離に換算した値を換算値とし、前記第１のグラフで示される前記各画素に対応する前記濃度厚み積を、前記各画素に対応する前記換算値で割ることにより、前記第１の軸上の前記ガスの濃度分布を示す第２のグラフを生成する第４のステップと、前記第４のステップによって生成された前記第２のグラフを出力する第５のステップと、を備える。

本実施形態の第２の局面に係るガス測定方法によれば、本実施形態の第１の局面に係るガス測定装置と同様の作用効果を有する。

この出願は、２０１５年１１月１６日に出願された日本国特許出願特願２０１５−２２３７０５を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

本発明によれば、ガス測定装置及びガス測定方法を提供することができる。

Claims (7)

1. ガスが漂っている空間を撮影した赤外画像を示す画像データを取得する取得部と、
   前記赤外画像上に設定され、前記空間の水平方向を示す軸を水平軸とし、前記赤外画像を構成する全画素のうち、前記水平軸と重なる方向に並ぶ各画素について、前記画像データに含まれる前記各画素の画素データを基にして、前記ガスの濃度厚み積を前記各画素に対応させて算出する算出部と、
   前記算出部によって算出された前記濃度厚み積を用いて、前記水平軸上の前記濃度厚み積の分布を示す第１のグラフを生成する第１の生成部と、
   前記第１の生成部によって生成された前記第１のグラフを用いて、前記各画素の中から前記濃度厚み積がゼロとなる所定の画素を基準画素として決定し、前記空間の水平方向を示し、前記水平軸と対応する軸を第１の軸とし、前記基準画素と前記各画素との距離を前記空間での距離に換算した値を換算値とし、前記第１のグラフで示される前記各画素に対応する前記濃度厚み積を、前記各画素に対応する前記換算値で割ることにより、前記第１の軸上の前記ガスの濃度分布を示す第２のグラフを生成する第２の生成部と、
   前記第２の生成部によって生成された前記第２のグラフを出力する出力部と、を備えるガス測定装置。
2. 前記出力部は、前記第２のグラフを、前記空間の奥行き方向の前記ガスの濃度分布を示す第３のグラフとして出力する請求項１に記載のガス測定装置。
3. 前記出力部が出力する前記第３のグラフは、前記空間において、前記ガスが漏れた箇所の真上方向を示し、前記第１の軸と直交する軸を第２の軸とし、前記第１の軸及び前記第２の軸と直交し、前記空間の奥行き方向を示す軸を第３の軸としたとき、前記第３の軸上の各位置での前記ガスの濃度分布のグラフである請求項２に記載のガス測定装置。
4. 前記第１の生成部は、前記算出部によって算出された前記濃度厚み積の分布を示す第４のグラフを生成し、正規分布のグラフの形状になるように、前記第４のグラフをフィッティングして、前記第４のグラフから前記第１のグラフを生成する請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス測定装置。
5. 前記出力部は、
   表示部と、
   前記赤外画像と前記第２のグラフとを一緒に前記表示部に表示させる表示制御部と、を含む請求項１に記載のガス測定装置。
6. 前記算出部によって前記濃度厚み積が算出される前であって、前記赤外画像が前記表示部に表示された状態で、前記赤外画像のうち、前記ガス測定装置の操作者が注目する位置を注目位置とし、前記操作者の操作によって、前記注目位置を指定する入力がされる入力部と、
   前記入力部に入力された前記注目位置を通る前記水平軸を設定する設定部と、をさらに備える請求項５に記載のガス測定装置。
7. ガスが漂っている空間を撮影した赤外画像を示す画像データを取得する第１のステップと、
   前記赤外画像上に設定され、前記空間の水平方向を示す軸を水平軸とし、前記赤外画像を構成する全画素のうち、前記水平軸と重なる方向に並ぶ各画素について、前記画像データに含まれる前記各画素の画素データを基にして、前記ガスの濃度厚み積を前記各画素に対応させて算出する第２のステップと、
   前記第２のステップによって算出された前記濃度厚み積を用いて、前記水平軸上の前記濃度厚み積の分布を示す第１のグラフを生成する第３のステップと、
   前記第３のステップによって生成された前記第１のグラフを用いて、前記各画素の中から前記濃度厚み積がゼロとなる所定の画素を基準画素として決定し、前記空間の水平方向を示し、前記水平軸と対応する軸を第１の軸とし、前記基準画素と前記各画素との距離を前記空間での距離に換算した値を換算値とし、前記第１のグラフで示される前記各画素に対応する前記濃度厚み積を、前記各画素に対応する前記換算値で割ることにより、前記第１の軸上の前記ガスの濃度分布を示す第２のグラフを生成する第４のステップと、
   前記第４のステップによって生成された前記第２のグラフを出力する第５のステップと、を備えるガス測定方法。

Images