JP7002043B2 - 火炎検知システム、報知システム、火炎検知方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、一般に火炎検知システム、報知システム、火炎検知方法、及びプログラムに関し、より詳細には、火炎を検知する火炎検知システム、報知システム、火炎検知方法、及びプログラムに関する。

従来、炎と人工光とを区別可能な炎探知装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の炎探知装置は、撮像光学系と、撮像手段と、炎判定手段と、を備える。撮像手段は、撮像光学系を通して所定の監視範囲を撮像するカラーＴＶカメラである。炎判定手段は、撮像手段からの映像信号を２値化し、得られた２値化信号の時系列的パターンから被写体が炎であるか否かを判定する。

特許文献１に記載の炎探知装置（火炎検知システム）では、炎が左右に動くことに着目して、炎と人工光とを区別している。そのため、左右に動かないような炎（火炎）の場合には、炎として区別することができない可能性があった。

特開平８－３０７７５７号公報

本開示の目的は、火炎の検知精度を向上させることができる火炎検知システム、報知システム、火炎検知方法、及びプログラムを提供することにある。

本開示の一態様に係る火炎検知システムは、判定部と、出力部と、を備える。前記判定部は、画像データに対する画像処理によって紫外光が検知されている場合に火炎であると判定する。前記出力部は、前記判定部の判定結果を出力する。前記判定部は、前記画像処理によって紫外光とは異なる波長域の光が検知されている場合には火炎でないと判定する。

本開示の一態様に係る報知システムは、上述の火炎検知システムと、固体撮像素子と、報知部と、を備える。前記固体撮像素子は、紫外光に対して感度を有し、画像データを出力する。前記報知部は、前記出力部の出力結果に応じて異常を報知する。

本開示の一態様に係る火炎検知システムは、固体撮像素子と、判定部と、出力部と、を備える。前記固体撮像素子は、二次元の格子状に配置されている第１画素及び第２画素を有し、前記第２画素に対してフィルタが設けられている。前記判定部は、前記第１画素の第１画素情報から第１画像データを作成する。前記判定部は、前記第２画素の第２画素情報から第２画像データを作成する。前記判定部は、前記第１画像データ及び前記第２画像データの各々の輝度値に基づいて、第１波長の光を発する領域を火炎であると判定する。前記出力部は、前記判定部の判定結果を出力する。前記判定部は、前記第１画像データ及び前記第２画像データに対する画像処理によって紫外光とは異なる波長域の光が検知されている場合には火炎でないと判定する。

本開示の一態様に係る火炎検知方法は、判定ステップと、出力ステップと、を備える。前記判定ステップは、画像データに対する画像処理によって紫外光が検知されている場合に火炎であると判定するステップである。前記出力ステップは、前記判定ステップでの判定結果を出力するステップである。前記判定ステップでは、前記画像処理によって紫外光とは異なる波長域の光が検知されている場合には火炎でないと判定する。

本開示の一態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに、上述の火炎検知方法を実行させるためのプログラムである。

図１は、本開示の一実施形態に係る火炎検知システム及び報知システムのブロック図である。 図２Ａは、同上の報知システムが備える固体撮像素子のカラーフィルタの配置例を示す模式図である。図２Ｂは、同上の報知システムが備える固体撮像素子のカラーフィルタの別の配置例を示す模式図である。 図３は、同上の報知システムが備える固体撮像素子の各画素の回路図である。 図４は、同上の報知システムが備える固体撮像素子の模式的な断面図である。 図５は、同上の報知システムが備える固体撮像素子のタイミングチャートである。 図６は、同上の火炎検知システムの動作例１のフローチャートである。 図７は、同上の火炎検知システムの動作例１の説明図である。 図８は、同上の火炎検知システムの動作例２のフローチャートである。 図９は、同上の火炎検知システムの動作例２の説明図である。 図１０は、同上の火炎検知システムの動作例３のフローチャートである。 図１１は、同上の火炎検知システムの動作例３の説明図である。 図１２は、同上の火炎検知システムの動作例４のフローチャートである。 図１３は、同上の火炎検知システムの動作例４の説明図である。 図１４は、本開示の一実施形態の変形例に係る火炎検知システム及び報知システムのブロック図である。

（１）概要
以下、本実施形態に係る火炎検知システム１及び報知システム１０の概要について、図１を参照して説明する。

本実施形態に係る火炎検知システム１は、例えば、水素ステーション、水素発電設備等に適用され、水素漏れによって発生した火炎を検知するためのシステムである。また、本実施形態に係る報知システム１０は、火炎検知システム１によって火炎を検知した場合に、異常（水素漏れ）が発生したことを報知するためのシステムである。

本実施形態に係る火炎検知システム１は、図１に示すように、判定部１１と、出力部１２と、を備えている。判定部１１は、画像データＤ０に対する画像処理の結果から、検知対象としての火炎であるか否かを判定する。言い換えると、判定部１１は、画像データＤ０に対する画像処理によって紫外光（第１波長の光）が検知されている場合に火炎であると判定する。本実施形態では、検知対象としての火炎は水素火炎である。ここでいう「水素火炎」とは、水素が燃焼することによって発生する火炎のことをいい、このとき紫外光のみを発生する。出力部１２は、判定部１１の判定結果を出力する。

本実施形態に係る報知システム１０は、図１に示すように、火炎検知システム１と、固体撮像素子２と、報知部３と、を備えている。固体撮像素子２は、紫外光（紫外線）に対して感度を有しており、火炎検知システム１に対して画像データＤ０を出力する。報知部３は、火炎検知システム１の出力部１２の出力結果に応じて異常を報知する。具体的には、報知部３は、水素火炎が検知されたことを示す結果を出力部１２から受け取っている場合に、異常（水素漏れ）が発生していることを報知する。

本実施形態に係る火炎検知システム１によれば、画像データＤ０における紫外光の有無によって火炎（水素火炎）か否かを判定しており、火炎の動き等から判定する場合と比較して火炎の検知精度を向上させることができる。また、本実施形態に係る報知システム１０によれば、火炎検知システム１によって火炎を検知した場合に、異常（水素漏れ）が発生していることを報知することができる。

（２）詳細
以下、本実施形態に係る火炎検知システム１及び報知システム１０の詳細について、図１～図４に基づいて説明する。

本実施形態に係る報知システム１０は、図１に示すように、火炎検知システム１と、固体撮像素子２と、報知部３と、を備えている。報知システム１０は、更に、固体撮像素子２に光を集光させるレンズ、固体撮像素子２に入射する光の波長域を制御するフィルタ等を備えていてもよい。但し、上記レンズは、可視光だけでなく、紫外光も集光できるレンズであることが必要である。

（２．１）火炎検知システム
火炎検知システム１は、図１に示すように、判定部１１と、出力部１２と、記憶部１３と、を備えている。判定部１１は、信号処理部１１１を含む。

判定部１１は、プロセッサ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成されている。つまり、判定部１１は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムで実現されている。そして、プロセッサが適宜のプログラムを実行することにより、コンピュータシステムが判定部１１として機能する。プログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。

信号処理部１１１は、固体撮像素子２からの画像データＤ０に対して所定の信号処理（画像処理）を行う。例えば、図２Ａに示すように、固体撮像素子２が青色のカラーフィルタのみを備えている場合には、信号処理部１１１は、第１画像データＤ１及び第２画像データＤ２を作成する。第１画像データＤ１は、紫外光、青色光、緑色光及び赤色光を受光可能な画素（図２Ａにおいて「Ｗ」が表記されている画素）２０に基づいて作成される画像である。第２画像データＤ２は、カラーフィルタのある画素（図２Ａにおいて「Ｂ」が表記されている画素）２０に基づいて作成される画像である。以下、紫外光、青色光、緑色光及び赤色光を受光可能な画素２０を「第１画素２０」ともいう。第１画像データＤ１では、カラーフィルタのある画素２０については、周囲の第１画素２０に基づいて補間される。第２画像データＤ２では、第１画素２０については、周囲のカラーフィルタのある画素２０に基づいて補間される。

また、例えば、図２Ｂに示すように、固体撮像素子２が青色、赤色及び緑色のカラーフィルタを備えている場合には、信号処理部１１１は、第１画像データＤ１、第２画像データＤ２、第３画像データＤ３及び第４画像データＤ４を作成する。第１画像データＤ１は、紫外光、青色光、緑色光及び赤色光を受光可能な画素（図２Ｂにおいて「Ｗ」が表示されている画素）２０に基づいて作成される画像である。第２画像データＤ２は、青色のカラーフィルタのある画素（図２Ｂにおいて「Ｂ」が表記されている画素）２０に基づいて作成される画像である。第３画像データＤ３は、赤色のカラーフィルタのある画素（図２Ｂにおいて「Ｒ」が表記されている画素）２０に基づいて作成される画像である。第４画像データＤ４は、緑色のカラーフィルタのある画素（図２Ｂにおいて「Ｇ」が表記されている画素）２０に基づいて作成される画像である。

判定部１１は、記憶部１３に記憶されている第１画像データＤ１及び第２画像データＤ２（又は、第１画像データＤ１～第４画像データＤ４）に基づいて判定処理を行う。判定部１１は、判定処理において、水素火炎と水素火炎以外の発光源とを判別する。ここでいう「水素火炎以外の発光源」には、火花放電（例えば、雷）、コロナ放電、炭素を含む物質の火炎（以下、「炭素火炎」ともいう）等が含まれる。また、ここでいう「炭素を含む物質の火炎」とは、炭素を含む物質が燃焼することによって発生する火炎のことをいい、このとき紫外光と可視光を発生する。判定部１１は、例えば、第１画像データＤ１及び第２～第４画像データＤ２～Ｄ４のうち炭素火炎の波長に対応した少なくとも１つの画像データに基づいて水素火炎と炭素火炎とを判別する。判定部１１は、第１画像データＤ１及び第２～第４画像データＤ２～Ｄ４のうち炭素火炎の波長に対応した少なくとも１つの画像データのすべてに発光源を検知していれば炭素火炎と判定し、第１画像データＤ１のみに発光源を検知していれば水素火炎と判定する。

また、火花放電、コロナ放電（以下、「放電」ともいう）の場合、紫外光だけでなく青色光も発生する。判定部１１は、例えば、第１画像データＤ１及び第２画像データＤ２に基づいて水素火炎と放電とを判別する。判定部１１は、第１画像データＤ１及び第２画像データＤ２の両方に発光源を検知していれば放電と判定し、第１画像データＤ１のみに発光源を検知していれば水素火炎と判定する。つまり、判定部１１は、画像データＤ０に対する画像処理によって紫外光とは異なる波長域の光が検知されている場合には水素火炎（火炎）でないと判定する。特に、水素火炎と放電とを判別する場合には、紫外光とは異なる波長域は、青色光の波長域である。青色光の波長域は、例えば、３８０ｎｍ～４００ｎｍである。

出力部１２は、判定部１１の判定結果を報知部３に出力する。言い換えると、出力部１２は、検知対象としての水素火炎が検知されていると判定部１１が判定した場合に、水素火炎が検知されていることを示す結果を報知部３に出力する。本実施形態では、出力部１２は、検知対象としての水素火炎が検知されていることを報知部３に報知させるための報知指令信号Ｓ１を報知部３に出力する。

記憶部１３は、例えば、フラッシュメモリ等の読み書き可能なメモリで構成されている。記憶部１３は、固体撮像素子２から送られてくる画像データＤ０に基づいて信号処理部１１１が作成した第１画像データＤ１及び第２画像データＤ２（又は、第１画像データＤ１～第４画像データＤ４）を記憶する。

（２．２）固体撮像素子
本実施形態に係る固体撮像素子２は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ｍ×ｎ（図示例ではｍ＝４、ｎ＝４）のアレイ状に配置されている複数（図示例では１６個）の画素２０を有している。言い換えると、複数の画素２０（第１画素及び第２画素）は、二次元の格子状に配置されている。図２Ａにおいて、「Ｗ」が表記されている画素２０は、白色、つまり紫外光、青色光、緑色光及び赤色光を受光可能な第１画素であり、「Ｂ」が表記されている画素２０は、青色光のみを通すカラーフィルタのある画素（第２画素）である。図２Ｂにおいて、「Ｒ」が表記されている画素２０は、赤色光のみを通すカラーフィルタのある画素であり、「Ｇ」が表記されている画素２０は、緑色光のみを通すカラーフィルタのある画素である。図２Ａ及び図２Ｂでは、第１画素２０とカラーフィルタのある画素２０とが交互に並んでいる。

本実施形態に係る火炎検知システム１では、水素火炎と水素火炎以外の発光源とを判別するために、複数の画素２０のうちの少なくとも１つがカラーフィルタのある画素２０であることが好ましい。特に、水素火炎と放電とを判別する場合には、複数の画素２０のうちの少なくとも１つが青色のカラーフィルタのある画素２０であることが好ましい。

複数の画素２０の各々は、図３及び図４に示すように、第１電極２４と、光電変換部２５と、第２電極２６と、電荷蓄積部２８と、第１トランジスタ２９１と、第２トランジスタ２９２と、第３トランジスタ２９３と、を含む。また、複数の画素２０の各々は、更に、半導体基板２１と、画素回路２２と、配線層２３と、を含む。図４に示す例では、３つの画素回路２２が半導体基板２１に実装されている。

第１電極（下部電極）２４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等の、半導体加工プロセスとの相性の良い材料からなる。第１電極２４は、配線層２３を介して、画素回路２２に設けられている電荷蓄積部２８に電気的に接続されている。

光電変換部２５は、例えば、紫外光に対して感度を有する有機膜である。有機膜は、紫外光だけでなく、可視光に対しても感度を有している。光電変換部２５は、第１電極２４上に位置している。光電変換部２５は、光を電気信号に変換する。光電変換部２５の材料は、有機膜に限らず、例えば、シリコン、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、ダイヤモンド等の、紫外光に対して感度を有する材料であってもよい。

第２電極（上部電極）２６は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる透明電極である。第２電極２６は、光電変換部２５上に位置している。

保護膜２７は、例えば、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等からなる。

電荷蓄積部２８は、画素回路２２に設けられている。電荷蓄積部２８は、光電変換部２５で生成された電荷を蓄積する。電荷蓄積部２８は、例えば、ＰＮ接合容量である。

第１トランジスタ（ソースフォロワトランジスタ）２９１は、電荷蓄積部２８に蓄積されている電荷がゲートに印加されることによって、ソース電圧を信号として出力する。第２トランジスタ（リセットトランジスタ）２９２は、電荷蓄積部２８に蓄積されている電荷を、電荷蓄積部２８から消去（リセット）させる。第３トランジスタ（選択トランジスタ）２９３は、複数の画素２０の中からいずれかの画素２０を選択する。

次に、固体撮像素子２の動作について簡単に説明する。保護膜２７及び第２電極２６を透過した光は、光電変換部２５において光電変換により光から電荷（電気信号）に変換される。光電変換部２５にて変換させた電荷は、電荷蓄積部２８に蓄積される。電荷蓄積部２８に蓄積された電荷は、第１トランジスタ２９１のゲートに印加され、第１トランジスタ２９１のソース電圧が信号として出力される。また、電荷蓄積部２８に蓄積された電荷は、第２トランジスタ２９２によって電荷蓄積部２８から消去される。

ところで、一般的な固体撮像素子の回路構成では、途中でデータを読み出す場合に電荷蓄積部から電荷が失われてしまうが、本実施形態に係る固体撮像素子２の回路構成では、電荷蓄積部２８に蓄積されている電荷を失うことなく、データを読み出すことができる。すなわち、本実施形態に係る固体撮像素子２の回路構成では、電荷蓄積部２８に蓄積されている電荷を破壊せずにデータ（信号）を読み出す非破壊読み出しが可能である。

本実施形態に係る固体撮像素子２では、図５に示すように、第２トランジスタ２９２により電荷蓄積部２８の電荷がリセット（消去）されるまでの間（つまり、１回の電荷蓄積期間）に、第トランジスタ２９１により電荷蓄積部２８から信号電荷を３回出力している。この方法によれば、電荷蓄積部２８への電荷の蓄積を継続させた状態において蓄積途中でデータを読み出すことができるので、信号電荷が極めて小さい場合であっても、信号電荷を長時間蓄積することによって信号を認識しやすくなるという利点がある。また、蓄積途中で読み出したデータによって早期の判別が可能になるという利点もある。

（２．３）報知部
報知部３は、火炎検知システム１の出力部１２の出力結果に応じて異常を報知するように構成されている。具体的には、報知部３は、検知対象としての水素火炎を検知していると判定部１１が判定した場合に、異常（水素漏れ）が発生していることを報知する。報知部３は、例えば、水素ステーションに設置されたモニタ（表示装置）を備えている。報知部３は、出力部１２からの報知指令信号Ｓ１によって、例えば、「異常が発生しています」等の表示をモニタに表示させる。この場合において、報知部３は、モニタへの表示だけでなく、音（音声、ブザー等）による報知を合わせて行うように構成されていてもよい。また、この場合において、例えば、水素ステーションの管理会社等に対して、異常が発生している旨を通知するように構成されていてもよい。

（３）動作
以下、本実施形態に係る火炎検知システム１の動作について説明する。

（３．１）動作例１
本実施形態に係る火炎検知システム１の動作例１について、図６及び図７を参照して説明する。動作例１では、水素火炎と放電とを判別する場合について説明する。この場合、固体撮像素子２は、図２Ａに示すように、青色のカラーフィルタを備えた構成になる。

図７における「パターン１」は、水素火炎及び放電の両方を検知していない場合を示している。図７における「パターン２」は、水素火炎を検知している場合を示している。図７における「パターン３」は、放電を検知している場合を示している。図７における「パターン４」は、水素火炎及び放電の両方を検知している場合を示している。なお、図７における水素火炎及び放電の形状は、水素火炎及び放電を模式的に表しており、実際の形状とは異なっている。

判定部１１は、第１画像データＤ１を記憶部１３から読み出す。信号処理部１１１は、第１画像データＤ１に基づいて第１領域Ｒ１を抽出する（ステップＳＴ１０１）。このとき、信号処理部１１１は、第１画像データＤ１において各画素２０の輝度値を予め設定した閾値と比較し、輝度値が閾値以上の領域を第１領域Ｒ１として抽出する（ステップＳＴ１０２）。判定部１１は、第１領域Ｒ１が抽出されなければ（ステップＳＴ１０２；Ｎｏ）、水素火炎及び放電がないと判定し、ステップＳＴ１０１，ＳＴ１０２を繰り返す。つまり、図７における「パターン１」である。

判定部１１は、第１領域Ｒ１が抽出されていれば（ステップＳＴ１０２；Ｙｅｓ）、第２画像データＤ２を記憶部１３から読み出す。信号処理部１１１は、第２画像データＤ２に基づいて第２領域Ｒ２を抽出する（ステップＳＴ１０３）。ここでいう「第２領域Ｒ２」とは、第２画像データＤ２における第１領域Ｒ１と同じ領域であって、各画素２０の輝度値が閾値以上の領域をいう。つまり、信号処理部１１１は、第２画像データＤ２における第１領域Ｒ１と同じ領域の輝度値と閾値とを比較し、輝度値が閾値以上の領域を第２領域Ｒ２として抽出する（ステップＳＴ１０４）。

判定部１１は、第２領域Ｒ２が抽出されていれば（ステップＳＴ１０４；Ｙｅｓ）、放電と判定し、ステップＳＴ１０１に戻る。つまり、図７における「パターン３」である。すなわち、発光源が放電であれば青色光が含まれており、この青色光は青色のカラーフィルタを透過するため、第２画像データＤ２において第２領域Ｒ２として抽出される。

判定部１１は、第２領域Ｒ２が抽出されなければ（ステップＳＴ１０４；Ｎｏ）、水素火炎と判定する（ステップＳＴ１０５）。つまり、図７における「パターン２，４」である。すなわち、発光源が水素火炎であれば紫外光のみであり、この紫外光は青色のカラーフィルタで吸収されるため、第２画像データＤ２において第２領域Ｒ２として抽出されない。

判定部１１は、水素火炎と判定した場合、報知指令信号Ｓ１を出力部１２から出力させる。そして、出力部１２からの報知指令信号Ｓ１を受けた報知システム１０の報知部３は、異常（水素漏れ）が発生していることを報知する。この場合において、報知部３のモニタに、第１画像データＤ１及び第２画像データＤ２を表示させてもよい。

この方法によれば、水素火炎と放電とを判別することができるので、水素ステーション等の設備を誤検知によって停止させる不具合を低減することができる。

（３．２）動作例２
本実施形態に係る火炎検知システム１の動作例２について、図８及び図９を参照して説明する。動作例２では、水素火炎と放電と炭素火炎（一例として、赤色光を発する火炎）とを判別する場合について説明する。この場合、固体撮像素子２は、図２Ｂに示すように、青色、赤色、緑色のカラーフィルタを備えた構成になる。

図９における「パターン１」は、水素火炎、放電及び炭素火炎のいずれも検知していない場合を示している。図９における「パターン２」は、水素火炎を検知している場合を示している。図９における「パターン３」は、放電を検知している場合を示している。図９における「パターン４」は、炭素火炎を検知している場合を示している。図９における「パターン５」は、水素火炎、放電及び炭素火炎の全てを検知している場合を示している。なお、図９における水素火炎、放電及び炭素火炎の形状は、水素火炎、放電及び炭素火炎を模式的に表しており、実際の形状とは異なっている。

判定部１１は、第１画像データＤ１を記憶部１３から読み出す。信号処理部１１１は、第１画像データＤ１に基づいて第１領域Ｒ１を抽出する（ステップＳＴ２０１）。このとき、信号処理部１１１は、第１画像データＤ１において各画素２０の輝度値を予め設定した閾値と比較し、輝度値が閾値以上の領域を第１領域Ｒ１として抽出する（ステップＳＴ２０２）。判定部１１は、第１領域Ｒ１が抽出されなければ（ステップＳＴ２０２；Ｎｏ）、水素火炎、放電及び炭素火炎のいずれもないと判定し、ステップＳＴ２０１，ＳＴ２０２を繰り返す。つまり、図９における「パターン１」である。

判定部１１は、第１領域Ｒ１が抽出されていれば（ステップＳＴ２０２；Ｙｅｓ）、第２画像データＤ２を記憶部１３から読み出す。信号処理部１１１は、第２画像データＤ２に基づいて第２領域Ｒ２を抽出する（ステップＳＴ２０３）。信号処理部１１１は、第２画像データＤ２における第１領域Ｒ１と同じ領域の輝度値と閾値とを比較し、輝度値が閾値以上の領域を第２領域Ｒ２として抽出する（ステップＳＴ２０４）。

判定部１１は、第２領域Ｒ２が抽出されていれば（ステップＳＴ２０４；Ｙｅｓ）、放電と判定し、ステップＳＴ２０１に戻る。つまり、図９における「パターン３」である。すなわち、発光源が放電であれば青色光が含まれており、この青色光は青色のカラーフィルタを透過するため、第２画像データＤ２において第２領域Ｒ２として抽出される。

判定部１１は、第２領域Ｒ２が抽出されなければ（ステップＳＴ２０４；Ｎｏ）、第３画像データＤ３を記憶部１３から読み出す。信号処理部１１１は、第３画像データＤ３に基づいて第３領域Ｒ３を抽出する（ステップＳＴ２０５）。信号処理部１１１は、第３画像データＤ３における第１領域Ｒ１と同じ領域の輝度値と閾値とを比較し、輝度値が閾値以上の領域を第３領域Ｒ３として抽出する（ステップＳＴ２０６）。

判定部１１は、第３領域Ｒ３が抽出されていれば（ステップＳＴ２０６；Ｙｅｓ）、炭素火炎と判定する（ステップＳＴ２０８）。つまり、図９における「パターン４」である。すなわち、発光源が炭素火炎であれば赤色光が含まれており、この赤色光は赤色のカラーフィルタを透過するため、第３画像データＤ３において第３領域Ｒ３として抽出される。

判定部１１は、第３領域Ｒ３が抽出されなければ（ステップＳＴ２０６；Ｎｏ）、水素火炎と判定する（ステップＳＴ２０７）。つまり、図９における「パターン２，５」である。すなわち、発光源が水素火炎であれば紫外光のみであり、この紫外光は赤色のカラーフィルタで吸収されるため、第３画像データＤ３において第３領域Ｒ３として抽出されない。

判定部１１は、水素火炎と判定した場合、報知指令信号Ｓ１を出力部１２から出力させる。そして、出力部１２からの報知指令信号Ｓ１を受けた報知システム１０の報知部３は、異常（水素漏れ）が発生していることを報知する。この場合において、報知部３のモニタに、第１画像データＤ１、第２画像データＤ２及び第３画像データＤ３を表示させてもよい。

この方法によれば、水素火炎と放電と炭素火炎とを判別することができるので、水素ステーション等の設備を誤検知によって停止させる不具合を低減することができる。

なお、動作例２に示すように、一般の炎（「炭素を含む物質の炎」）は赤色に発光しており、赤色のフィルタを透過することになる。このように、誤検知してしまう対象のスペクトルが予め分かっていれば、画素に搭載するフィルタの特性をそのスペクトルに合わせて変更することで、より認識しやすくなるという利点がある。

（３．３）動作例３
本実施形態に係る火炎検知システム１の動作例３について、図１０及び図１１を参照して説明する。動作例３では、水素火炎と放電とを判別する場合について説明する。この場合、固体撮像素子２は、図２Ａに示すように、青色のカラーフィルタを備えた構成になる。

図１１における「パターン１」は、水素火炎及び放電の両方を検知していない場合を示している。図１１における「パターン２」は、水素火炎を検知している場合を示している。図１１における「パターン３」は、放電を検知している場合を示している。図１１における「パターン４」は、水素火炎及び放電の両方を検知している場合を示している。なお、図１１における水素火炎及び放電の形状は、水素火炎及び放電を模式的に表しており、実際の形状とは異なっている。

判定部１１は、第１画像データＤ１を記憶部１３から読み出す。信号処理部１１１は、第１画像データＤ１に基づいて第１領域Ｒ１を抽出する（ステップＳＴ３０１）。このとき、信号処理部１１１は、第１画像データＤ１において各画素２０の輝度値を予め設定した閾値と比較し、輝度値が閾値以上の領域を第１領域Ｒ１として抽出する（ステップＳＴ３０２）。判定部１１は、第１領域Ｒ１が抽出されなければ（ステップＳＴ３０２；Ｎｏ）、水素火炎及び放電がないと判定し、ステップＳＴ３０１，ＳＴ３０２を繰り返す。つまり、図１１における「パターン１」である。

判定部１１は、第１領域Ｒ１が抽出されていれば（ステップＳＴ３０２；Ｙｅｓ）、時系列において連続する複数枚（図示例では３枚）の第１画像データＤ１について第１領域Ｒ１を抽出する（ステップＳＴ３０３）。言い換えると、判定部１１は、時系列で得られた複数の画像データＤ０に基づいて火炎であるか否かを判定する。発光源が放電の場合には非連続的に発光するため、判定部１１は、時系列において第１領域Ｒ１が連続で検知されていなければ（ステップＳＴ３０４；Ｎｏ）、放電と判定し、ステップＳＴ３０１に戻る。つまり、図１１における「パターン３」である。

発光源が水素火炎の場合には連続的に発光するため、判定部１１は、時系列において第１領域Ｒ１が連続で検知されていれば（ステップＳＴ３０４；Ｙｅｓ）、水素火炎と判定する（ステップＳＴ３０５）。言い換えると、判定部１１は、複数の画像データＤ０に対する画像処理によって紫外光が連続で検知されている場合に火炎であると判定する。つまり、図１１における「パターン２，４」である。

判定部１１は、水素火炎と判定した場合、報知指令信号Ｓ１を出力部１２から出力させる。そして、出力部１２からの報知指令信号Ｓ１を受けた報知システム１０の報知部３は、異常（水素漏れ）が発生していることを報知する。この場合において、報知部３のモニタに、第１画像データＤ１、第２画像データＤ２及び第３画像データＤ３を表示させてもよい。

この方法によれば、水素火炎と放電とを判別することができるので、水素ステーション等の設備を誤検知によって停止させる不具合を低減することができる。

（３．４）動作例４
本実施形態に係る火炎検知システム１の動作例４について、図１２及び図１３を参照して説明する。動作例４では、水素火炎と放電とを判別する場合について説明する。この場合、固体撮像素子２は、図２Ａに示すように、青色のカラーフィルタを備えた構成になる。

図１３における「パターン１」は、水素火炎及び放電の両方を検知していない場合を示している。図１３における「パターン２」は、水素火炎を検知している場合を示している。図１３における「パターン３」は、放電を検知している場合を示している。図１３における「パターン４」は、水素火炎及び放電の両方を検知している場合を示している。

判定部１１は、第１画像データＤ１を記憶部１３から読み出す。信号処理部１１１は、第１画像データＤ１に基づいて第１領域Ｒ１を抽出する（ステップＳＴ４０１）。このとき、信号処理部１１１は、第１画像データＤ１において各画素２０の輝度値を予め設定した閾値と比較し、輝度値が閾値以上の領域を第１領域Ｒ１として抽出する（ステップＳＴ４０２）。判定部１１は、第１領域Ｒ１が抽出されなければ（ステップＳＴ４０２；Ｎｏ）、水素火炎及び放電がないと判定し、ステップＳＴ４０１，ＳＴ４０２を繰り返す。つまり、図１３における「パターン１」である。

判定部１１は、第１領域Ｒ１が抽出されていれば（ステップＳＴ４０２；Ｙｅｓ）、信号処理部１１１に第１領域Ｒ１の形状を認識させる（ステップＳＴ４０３）。ここで、発光源が水素火炎の場合、高圧配管のスポットリークからガスが噴き出すことによる摩擦熱で着火するため、火炎形状は、対向する２辺の長さの差分が１０％以上の長方形状（台形状）になる（以下、「第１形状Ｍ１」という）。これに対して、発光源が放電の場合、線状、又は対向する２辺の長さが１０％未満の長方形状になる（以下、「第２形状Ｍ２」という）。

判定部１１は、第１領域Ｒ１の形状が第２形状Ｍ２であれば（ステップＳＴ４０４；Ｙｅｓ）、放電と判定し、ステップＳＴ４０１に戻る。つまり、図１１における「パターン３」である。

判定部１１は、第１領域Ｒ１の形状が第１形状Ｍ１であれば（ステップＳＴ４０４；Ｎｏ）、水素火炎と判定する（ステップＳＴ４０５）。つまり、図１１におけるパターン「２，４」である。言い換えると、判定部１１は、画像処理によって検知されている紫外光領域の形状に基づいて火炎か否かを判定する。

判定部１１は、水素火炎と判定した場合、報知指令信号Ｓ１を出力部１２から出力させる。そして、出力部１２からの報知指令信号Ｓ１を受けた報知システム１０の報知部３は、異常（水素漏れ）が発生していることを報知する。この場合において、報知部３のモニタに、第１画像データＤ１及び第２画像データＤ２を表示させてもよい。

この方法によれば、水素火炎と放電とを判別することができるので、水素ステーション等の設備を誤検知によって停止させる不具合を低減することができる。

（４）変形例
上述の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上述の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、火炎検知システム１と同様の機能は、火炎検知方法、コンピュータプログラム、又はコンピュータプログラムを記録した非一時的な記録媒体等で具現化されてもよい。

一態様に係る火炎検知方法は、判定ステップと、出力ステップと、を備える。判定ステップは、画像データＤ０に対する画像処理によって紫外光が検知されている場合に火炎であると判定するステップである。出力ステップは、判定ステップでの判定結果を出力するステップである。

一態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに、上述の火炎検知方法を実行させるためのプログラムである。

以下、上述の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

本開示における火炎検知システム１又は火炎検知方法の実行主体は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを有する。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における火炎検知システム１又は火炎検知方法の実行主体としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよい。また、プログラムは、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１乃至複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。

また、火炎検知システム１の判定部１１（信号処理部１１１を含む）の機能は、１つの装置に設けられていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。さらに、判定部１１の少なくとも一部の機能は、例えば、クラウド（クラウドコンピューティング）によって実現されていてもよい。

上述の実施形態では、火炎が水素火炎である場合を例示したが、火炎は水素火炎に限らず、発光する火炎であれば他の火炎でもよい。例えば、一般の炎の場合、酸素が十分にある状態での燃焼（完全燃焼）時と酸素が不足している状態での燃焼（不完全燃焼）時とで発光スペクトルが異なる（完全燃焼時は青色、不完全燃焼時は赤色）。上述したとおり、フィルタの特性を完全燃焼時、不完全燃焼時のそれぞれの発光スペクトルに合わせることで、水素火炎と放電と炭素火炎とを判別するだけでなく、炭素火炎（一般火炎）の燃焼状態を判別することも可能となる。

上述の実施形態では、特定光のみを透過させるカラーフィルタを用いているが、例えば、発光源からの発光がない状態の画像データを基準データとし、この基準データとの差分によってフィルタ機能を実現してもよい。この場合、発光源を識別するためのフィルタ（ＵＶフィルタ、ＲＧＢフィルタ等）を省略することができる。

例えば、水素火炎と放電とを判別する場合には、放電に含まれる青色光よりも長波長域の光は不要であるため、青色光よりも長波長域の光を遮断するフィルタが固体撮像素子２に設けられていてもよい。

上述の実施形態では、固体撮像素子２が、カラーフィルタのある画素２０と、紫外光、青色光、緑色光及び赤色光を受光可能な画素２０とを有している場合を例示した。これに対して、固体撮像素子２は、例えば、カラーフィルタのある画素２０と、紫外光のみを透過可能なＵＶフィルタが搭載された画素とを有していてもよい。

上述の実施形態では、固体撮像素子２が報知システム１０に含まれているが、固体撮像素子２は、図１４に示すように、火炎検知システム１に含まれていてもよい。言い換えると、火炎検知システム１は、固体撮像素子２と、判定部１１と、出力部１２と、を備えていてもよい。

（まとめ）
以上説明したように、第１の態様に係る火炎検知システム（１）は、判定部（１１）と、出力部（１２）と、を備える。判定部（１１）は、画像データ（Ｄ０）に対する画像処理によって紫外光が検知されている場合に火炎であると判定する。出力部（１２）は、判定部（１１）の判定結果を出力する。

この態様によれば、画像データ（Ｄ０）における紫外光の有無によって火炎か否かを判定しており、火炎の動き等から判定する場合と比較して火炎の検知精度を向上させることができる。

第２の態様に係る火炎検知システム（１）では、第１の態様において、判定部（１１）は、上記画像処理によって紫外光とは異なる波長域の光が検知されている場合には火炎でないと判定する。

この態様によれば、火炎と火炎以外の発光源とを判別することができる。

第３の態様に係る火炎検知システム（１）では、第２の態様において、上記波長域は、青色光の波長域である。

この態様によれば、放電（雷を含む）等の紫外発光源と火炎とを判別することができる。

第４の態様に係る火炎検知システム（１）では、第１～３のいずれかの態様において、判定部（１１）は、時系列で得られた複数の画像データ（Ｄ０）に基づいて火炎であるか否かを判定する。

この態様によれば、１枚の画像データに基づいて判定する場合と比較して火炎の検知精度を向上させることができる。

第５の態様に係る火炎検知システム（１）では、第４の態様において、判定部（１１）は、複数の画像データ（Ｄ０）に対する画像処理によって紫外光が連続で検知されている場合に火炎であると判定する。

この態様によれば、火炎に含まれる紫外光であれば時系列において連続で検知されるので、火炎と火炎以外の紫外発光源との判別精度を向上させることができる。

第６の態様に係る火炎検知システム（１）では、第１～５のいずれかの態様において、判定部（１１）は、上記画像処理によって検知されている紫外光領域（第１領域Ｒ１）の形状（第１形状Ｍ１、第２形状Ｍ２）に基づいて火炎か否かを判定する。

この態様によれば、紫外光の形状から火炎か否かを判定することができる。

第７の態様に係る報知システム（１０）は、第１～６のいずれかの態様の火炎検知システム（１）と、固体撮像素子（２）と、報知部（３）と、を備える。固体撮像素子（２）は、紫外光に対して感度を有し、画像データ（Ｄ０）を出力する。報知部（３）は、出力部（１２）の出力結果に応じて異常を報知する。

この態様によれば、火炎検知システム（１）によって火炎を検知した場合に、異常が発生していることを報知することができる。

第８の態様に係る報知システム（１０）では、第７の態様において、固体撮像素子（２）は、アレイ状に配置されている複数の画素（２０）を備える。複数の画素（２０）の各々は、第１電極（２４）と、光電変換部（２５）と、電荷蓄積部（２８）と、第２電極（２６）と、第１トランジスタ（２９１）と、第２トランジスタ（２９２）と、第３トランジスタ（２９３）と、を含む。光電変換部（２５）は、第１電極（２４）上に位置しており、光を電気信号に変換する。電荷蓄積部（２８）は、第１電極（２４）に電気的に接続されており、光電変換部（２５）で生成された電荷を蓄積する。第２電極（２６）は、光電変換部（２５）上に位置している。第１トランジスタ（２９１）は、電荷蓄積部（２８）に蓄積されている電荷を電荷蓄積部（２８）から出力させる。第２トランジスタ（２９２）は、電荷蓄積部（２８）に蓄積されている電荷を電荷蓄積部（２８）から消去させる。第３トランジスタ（２９３）は、複数の画素（２０）の中からいずれかの画素（２０）を選択する。光電変換部（２５）は、有機膜である。

この態様によれば、火炎検知システム（１）によって火炎を検知した場合に、異常が発生していることを報知することができる。

第９の態様に係る火炎検知方法は、判定ステップと、出力ステップと、を備える。判定ステップは、画像データ（Ｄ０）に対する画像処理によって紫外光が検知されている場合に火炎であると判定するステップである。出力ステップは、判定ステップでの判定結果を出力するステップである。

この態様によれば、火炎の検知精度を向上させることができる。

第１０の態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに、第９の態様の火炎検知方法を実行させるプログラムである。

この態様によれば、火炎の検知精度を向上させることができる。

第１１の態様に係る火炎検知システム（１）は、固体撮像素子（２）と、判定部（１１）と、出力部（１２）と、を備える。固体撮像素子（２）は、二次元の格子状に配置されている第１画素（２０）及び第２画素（２０）を有し、第２画素（２０）に対してフィルタが設けられている。判定部（１１）は、第１画素（２０）の第１の画素情報から第１画像データ（Ｄ１）を作成する。判定部（１１）は、第２画素（２０）の第２画素情報から第２画像データ（Ｄ２）を作成する。判定部（１１）は、第１画像データ（Ｄ１）及び第２画像データ（Ｄ２）の各々の輝度値に基づいて、第１波長の光を発する領域を火炎であると判定する。出力部（１２）は、判定部（１１）の判定結果を出力する。

この態様によれば、第１画像データ（Ｄ１）及び第２画像データ（Ｄ２）の各々の輝度値に基づいて火炎か否かを判定することができる。

第２～６の態様に係る構成については、火炎検知システム（１）の必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

第８の態様に係る構成については、報知システム（１０）の必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

１ 火炎検知システム
１１ 判定部
１２ 出力部
２ 固体撮像素子
２０ 画素
２４ 第１電極
２５ 光電変換部
２６ 第２電極
２８ 電荷蓄積部
２９１ 第１トランジスタ
２９２ 第２トランジスタ
２９３ 第３トランジスタ
３ 報知部
１０ 報知システム
Ｄ０ 画像データ
Ｄ１ 第１画像データ
Ｄ２ 第２画像データ
Ｍ１ 第１形状
Ｍ２ 第２形状
Ｒ１ 第１領域

Claims (10)

1. 画像データに対する画像処理によって紫外光が検知されている場合に火炎であると判定する判定部と、
   前記判定部の判定結果を出力する出力部と、を備え、
   前記判定部は、前記画像処理によって紫外光とは異なる波長域の光が検知されている場合には火炎でないと判定する、
   火炎検知システム。
2. 前記波長域は、青色光の波長域である、
   請求項１に記載の火炎検知システム。
3. 前記判定部は、時系列で得られた複数の前記画像データに基づいて火炎であるか否かを判定する、
   請求項１又は２に記載の火炎検知システム。
4. 前記判定部は、前記複数の画像データに対する前記画像処理によって紫外光が連続で検知されている場合に火炎であると判定する、
   請求項３に記載の火炎検知システム。
5. 前記判定部は、前記画像処理によって検知されている紫外光領域の形状に基づいて火炎か否かを判定する、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の火炎検知システム。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の火炎検知システムと、
   紫外光に対して感度を有し、前記画像データを出力する固体撮像素子と、
   前記出力部の出力結果に応じて異常を報知する報知部と、を備える、
   報知システム。
7. 前記固体撮像素子は、アレイ状に配置されている複数の画素を備え、
   前記複数の画素の各々は、
   第１電極と、
   前記第１電極上に位置しており、光を電気信号に変換する光電変換部と、
   前記第１電極に電気的に接続されており、前記光電変換部で生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
   前記光電変換部上に位置している第２電極と、
   前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷を前記電荷蓄積部から出力させる第１トランジスタと、
   前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷を前記電荷蓄積部から消去させる第２トランジスタと、
   前記複数の画素の中からいずれかの画素を選択する第３トランジスタと、を含み、
   前記光電変換部は、有機膜である、
   請求項６に記載の報知システム。
8. 画像データに対する画像処理によって紫外光が検知されている場合に火炎であると判定する判定ステップと、
   前記判定ステップでの判定結果を出力する出力ステップと、を備え、
   前記判定ステップでは、前記画像処理によって紫外光とは異なる波長域の光が検知されている場合には火炎でないと判定する、
   火炎検知方法。
9. コンピュータシステムに、
   請求項８に記載の火炎検知方法を実行させるためのプログラム。
10. 二次元の格子状に配置されている第１画素及び第２画素を有し、前記第２画素に対してフィルタが設けられている固体撮像素子と、
    前記第１画素の第１画素情報から第１画像データを作成し、前記第２画素の第２画素情報から第２画像データを作成し、前記第１画像データ及び前記第２画像データの各々の輝度値に基づいて、第１波長の光を発する領域を火炎であると判定する判定部と、
    前記判定部の判定結果を出力する出力部と、を備え、
    前記判定部は、前記第１画像データ及び前記第２画像データに対する画像処理によって紫外光とは異なる波長域の光が検知されている場合には火炎でないと判定する、
    火炎検知システム。

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