JP7289684B2 - 検出装置、検出システムおよび検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、炭化水素ガスの検出装置、検出システムおよび検出方法に関する。

炭化水素ガスの漏洩は大きな事故につながる危険性がある為、製油所では、炭化水素ガスを検出する多数のセンサが設けられている。関連する技術として、特許文献１には、対象を赤外線カメラで撮像し、撮像した熱分布画像から漏洩ガス雲が写った領域を抽出し、さらに漏洩ガス雲の形状、濃度、位置を解析し、危険度を判定するガス漏洩検出装置が開示されている。特許文献２には、監視の時間帯や天候などといった撮像状況に対応して、赤外線カメラの温度レンジを適切に設定して対象を撮像することにより、高精度にガスの漏洩を検出する技術が開示されている。

特開２０１６－２０６１３９号公報 特開２０１６－１１４５００号公報

センサの検出範囲は限定的であり、また、炭化水素ガスは風の影響等でセンサの検出範囲を外れることがある。これに対し、より広範囲を対象として精度よく炭化水素ガスを検出する方法が求められている。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる検出装置、検出システムおよび検出方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、検出装置は、検出対象の空間にガスの漏洩が無い状態で赤外線カメラによって撮影された背景画像であって、異なる時刻に撮影された複数の前記背景画像を取得する背景画像取得部と、複数の前記背景画像に対して平均化処理を行って参照画像を生成する平均化処理部と、前記空間を前記赤外線カメラで撮影した測定画像を取得する測定画像取得部と、前記参照画像と前記測定画像との差分を抽出した差分画像を生成する差分処理部と、前記差分画像を２値化処理し２値化画像を生成する２値化処理部と、前記２値化画像における白色部分の画素数が、所定のしきい値以上となると前記ガスが漏洩したと判定する判定部と、前記ガスの漏洩位置を推定する漏洩位置推定部と、を備え、前記測定画像は、第１測定画像と、前記第１測定画像と異なる時刻に撮影された第２測定画像と、を含み、前記差分処理部は、前記参照画像と前記第１測定画像との差分を抽出した第１差分画像と、前記参照画像と前記第２測定画像との差分を抽出した第２差分画像と、を生成し、前記漏洩位置推定部は、前記第１差分画像を用いて、前記ガスを示す画素を含むとともに前記ガスの進行方向において異なる位置にある２つの範囲の各々における前記画素の輝度値の分布のピークを結んだ第１直線を算出し、前記第２差分画像を用いて、前記ガスを示す画素を含むとともに前記進行方向において異なる位置にある２つの範囲の各々における前記画素の輝度値の分布のピークを結んだ第２直線を算出し、前記第１直線と前記第２直線との交点を前記漏洩位置として推定する。

本発明の一態様によれば、前記検出装置において、前記差分処理部は、前記差分画像についてヒストグラム均一化処理を行う。

本発明の一態様によれば、前記検出装置において、前記差分処理部は、前記差分画像の全画素から所定の輝度値を減算する処理を行う。

本発明の一態様によれば、前記検出装置において、前記平均化処理部は、前記参照画像に対してフィルタリング処理を行う。

本発明の一態様によれば、前記検出装置は、前記ガスの状態に応じて、前記測定画像における輝度が高い画素と輝度が低い画素の何れを検出対象とするかを選択する選択部、をさらに備える。

本発明の一態様によれば、前記検出装置は、前記背景画像および前記測定画像について、検出対象外とする領域を設定する範囲設定部、をさらに備える。

本発明の一態様によれば、前記第１差分画像及び前記第２差分画像の各々における前記２つの範囲は、前記進行方向に対して直角方向に広がりを持った範囲として設定されている。

本発明の一態様によれば、検出システムは、炭化水素ガスを検出する検出システムであって、無線式の赤外線カメラと、上記の何れかに記載の検出装置と、を有する。

本発明の一態様によれば、検出方法は、検出対象の空間にガスの漏洩が無い状態で赤外線カメラによって撮影された背景画像であって、異なる時刻に撮影された複数の前記背景画像を取得する工程と、複数の前記背景画像に対して平均化処理を行って参照画像を生成する工程と、前記空間を前記赤外線カメラで撮影した測定画像を取得する工程と、前記参照画像と前記測定画像との差分を抽出した差分画像を生成する工程と、前記差分画像を２値化処理し２値化画像を生成する工程と、前記２値化画像における白色部分の画素数が、所定のしきい値以上となると前記ガスが漏洩したと判定する工程と、前記ガスの漏洩位置を推定する工程と、を有し、前記測定画像は、第１測定画像と、前記第１測定画像と異なる時刻に撮影された第２測定画像と、を含み、前記差分画像を生成する工程では、前記参照画像と前記第１測定画像との差分を抽出した第１差分画像と、前記参照画像と前記第２測定画像との差分を抽出した第２差分画像と、を生成し、前記漏洩位置を推定する工程では、前記第１差分画像を用いて、前記ガスを示す画素を含むとともに前記ガスの進行方向において異なる位置にある２つの範囲の各々における前記画素の輝度値の分布のピークを結んだ第１直線を算出し、前記第２差分画像を用いて、前記ガスを示す画素を含むとともに前記進行方向において異なる位置にある２つの範囲の各々における前記画素の輝度値の分布のピークを結んだ第２直線を算出し、前記第１直線と前記第２直線との交点を前記漏洩位置として推定する。

本発明によれば、対象領域を赤外線カメラで撮影した画像に基づいて、ガスの漏洩を検出することができる。

本発明の一実施形態における検出システムの一例を示す図である。 本発明の一実施形態における検出装置の一例を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態における参照画像の生成処理を説明する第１の図である。 本発明の一実施形態における参照画像の生成処理を説明する第２の図である。 本発明の一実施形態における差分処理を説明する図である。 本発明の一実施形態における２値化処理を説明する図である。 本発明の一実施形態における判定結果の一例を示す図である。 本発明の一実施形態における検出処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるガスの漏洩位置の推定処理を説明する第１の図である。 本発明の一実施形態におけるガスの漏洩位置の推定処理を説明する第２の図である。 本発明の一実施形態におけるガスの漏洩位置の推定処理を説明する第３の図である。

＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態による炭化水素ガスの検出システムについて図１～図１１を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態における検出システムの一例を示す図である。
図１に示すように検出システム１は、赤外光源２と、ガスボンベ３と、スリット４と、赤外線カメラ５と、検出装置１０と、を備える。図１に示す検出システム１は、本実施形態に係る炭化水素ガスの検出方法を確認するための実験的な設備の例である。赤外光源２には、例えば、ウォーターバス２ｂで８０℃程度に温めた湯水で満たした容器２ａを用いることができる。湯水の対流を検出しないように容器２ａの表面を黒色等で着色しておくことが望ましい。ガスボンベ３は炭化水素（例えば、ＣＨ４／Ｎ２）を貯蔵している。スリット４は、容器２ａの赤外線カメラ５側に設置される。スリット４は、ガスボンベ３と接続され、ガスボンベ３の栓を緩めるとスリット４から炭化水素のガス６が流出する。ガス６は、赤外光源２と赤外線カメラ５の間の空間を上方向へ流れる。赤外線カメラ５は、赤外光源２に向けて設置されており、ガス６が流出した状態で、赤外線カメラ５による撮像を行う。炭化水素ガスの一例として、メタンであれば、７～８μｍ間に赤外線の吸収特性が存在する。すると、ガス６が存在する場合、赤外光源２が発する赤外線は、ガス６で吸収され減衰する。そのため、ガス６が流出した状態で赤外線カメラ５が撮像した画像には、減衰後の赤外線を検出した領域が含まれる。減衰後の赤外線を検出した領域は、減衰前の赤外線を検出した領域に比べて輝度値が低くなる。この性質を利用すると、ガス６の流出が無い状態で撮影した画像と、ガス６が流出した状態で撮影した画像とを比較することにより、ガス６を検出することができる。

一例として、赤外線カメラ５は、アンテナ５ａ，５ｂを備える無線式のカメラであって、赤外線カメラ５は、撮像した画像を無線通信により検出装置１０へ送信する。検出装置１０は、赤外線カメラ５が撮像した画像を受信すると、画像にガス６が写った領域が存在するか否かを、画像処理を行って判定する。

（検出装置の構成）
次に検出装置１０の機能について説明する。図２は、本発明の一実施形態における検出装置の一例を示す機能ブロック図である。検出装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置を備えたＰＣ（Personal Computer）やサーバ等のコンピュータである。図示するように検出装置１０は、画像取得部１１と、設定情報取得部１２と、入出力部１３と、記憶部１４と、通信部１５と、画像処理部１６と、を備えている。

画像取得部１１は、赤外線カメラ５が撮影した画像を取得する。画像取得部１１は、ガス６の検出処理に先立って、検出対象の空間（対象領域）について、ガス６の漏洩が無い状態で撮影した背景画像を複数取得する。複数の背景画像は、同一の対象領域について、赤外線カメラ５によって異なる時刻に撮影されたものである。また、画像取得部１１は、検出対象時刻に同じ対象領域を赤外線カメラ５で撮影した測定画像を取得する。画像取得部１１は、取得した背景画像や測定画像を記憶部１４に記録する。

設定情報取得部１２は、ガス６の漏洩の有無を判定する各種処理に用いる閾値などの設定情報を取得する。設定情報取得部１２は、取得した設定情報を記憶部１４に記録する。

入出力部１３は、ユーザの指示操作を受け付ける。また、入出力部１３は、ガス６の検出処理の結果を、検出装置１０に接続された表示装置に表示する。

記憶部１４は、画像取得部１１が取得した画像、設定情報取得部１２が取得した閾値など各種情報を記憶する。

通信部１５は、無線式の赤外線カメラ５から撮影後の画像を受信する。また、通信部１５は、赤外線カメラ５へ撮影指示信号を送信する。

画像処理部１６は、画像処理を行ってガス６の検出処理を行う。画像処理部１６は、平均化処理部１６１と、差分処理部１６２と、２値化処理部１６３と、判定部１６４と、選択部１６５と、範囲設定部１６６と、漏洩位置推定部１６７と、を備えている。

平均化処理部１６１は、画像取得部１１が取得した複数の背景画像を用いて参照画像を生成する。平均化処理部１６１は、参照画像が、どの時間に撮影された測定画像に対しても同様な比較対象となるように偏りのない参照画像を生成する。例えば、平均化処理部１６１は、複数の背景画像について平均化処理を行って参照画像を生成する。また、平均化処理部１６１は、生成した参照画像に対して、さらに平滑化処理（例えば、２画素×２画素のフィルタリング処理）を行う。

差分処理部１６２は、参照画像と測定画像との差分を抽出した差分画像を生成する。参照画像はガス６の漏洩が無い状態で撮影した背景画像を平均化した画像であるから、例えば、測定画像にガス６を検出した影響が含まれる場合、差分処理により、ガス６を検出した領域が抽出される。

２値化処理部１６３は、差分画像に対して所定の閾値で２値化する。２値化処理によって、ガス６が写った画素とそうではない画素を切り分ける。

判定部１６４は、２値化処理後の画像に対して、抽出された白色画素の数を算出する。図１に示すようにガス６が流出すると、ガス６は、ある範囲に広がって分布する。従って、ガス６を検出した場合、ガス６を示す白色画素も差分画像の中で一定の領域を占めることになる。判定部１６４は、算出した白色画素の数が所定の閾値以上であれば、ガス６の漏洩有りと判定する。

選択部１６５は、検出対象のガスの状態に応じて、測定画像における輝度が高い部分または輝度が低い部分のどちらを検出対象とするかを切り替える。上記の説明では、炭化水素ガスの赤外線吸収特性を利用して、測定画像に含まれるガス６の分布領域（輝度が低くなる）を検出することとした。しかし、高温の炭化水素ガスは発光し、発光したガス６を赤外線カメラ５で撮影すると、ガス６が分布する領域の画素の輝度は高くなる。つまり、炭化水素ガスは、所定の温度以上では発光し、該温度未満では赤外線を吸収する特性が強く現れる。例えば、製油所の熱交換器の付近で検出されるガスは、高温となり発光する場合がある。一方、配管等から漏れるガスは、比較的低温で赤外線を吸収する。選択部１６５は、高温のガスが検出対象となる場合には、発光部分を検出対象とするように検出処理を設定し、低温のガスが検出対象となる場合には、吸収部分を検出対象とするように検出処理を設定する。

範囲設定部１６６は、背景画像および測定画像について、処理対象外とする領域を設定する。製油所では、水蒸気が発生することがあり、水蒸気が画像に写り込んだ部分については、処理対象から除外する必要がある。範囲設定部１６６は、例えば、水蒸気が写った部分を除外して、ガス６の検出処理を行う。

漏洩位置推定部１６７は、２つの差分画像における漏洩したガス６を示す画素の輝度値の分布に基づいて、ガス６の漏洩箇所を検出する。

（参照画像の構成）
図３は、本発明の一実施形態における参照画像の生成処理を説明する第１の図である。
図１に示す検出システム１で検証したところ、赤外線カメラ５の感度を上昇させて複数の背景画像を撮影すると、背景画像ごとに輝度値の揺らぎがみられた。例えば、図３に示す背景画像３０ａと背景画像３０ｂは、ガス６の流出が無い状態で赤外線カメラ５が同じ対象領域（容器２ａを含む領域）を異なる時刻に撮影したものである。背景画像３０ａ，３０ｂの揺らぎを差分画像３０ｃに示す。差分画像３０ｃは、背景画像３０ａ，３０ｂの差分を抽出する差分処理を行って、さらに差分を際立たせるためにヒストグラム均一化処理を行ったものである。図示する例では差分画像３０ｃの左側に白色の領域がみられる。他の時刻に撮影した背景画像の差分をとると、この白色部分が容器２ａの中央部に現れたり、右側に現れたりする場合があり、ガス６の流出が無い状態で同じ領域を対象に画像の撮影を行っても、異なる輝度分布を有する画像が撮影されることが分かった。このことは、背景画像３０ａ，３０ｂの何れを参照画像とするかによってガス６の検出処理の結果が異なり得ることを示す。例えば、背景画像３０ａが撮影されたときと同様の状態で撮影された測定画像に対して、背景画像３０ａを参照画像として差分処理を行うと、流出したガス６が分布する部分だけ抽出され、ガス漏洩有りと判定される。しかし、同じ測定画像に対して、背景画像３０ｂを参照画像とした場合には、背景画像３０ｂの左側とガス６が分布する部分との輝度の差がなくなり、差分をとってもガスが分布する部分を抽出できない可能性がある。つまり、背景画像３０ａを参照画像とした場合にはガス漏洩が検出され、背景画像３０ｂを参照画像とした場合にはガス漏洩が検出されないといったことが起こる可能性がある。そこで、本実施形態では、平均化処理部１６１が、複数の背景画像を用いて画像間の揺らぎを平均化した参照画像を生成する。

図４は、本発明の一実施形態における参照画像の生成処理を説明する第２の図である。
図４に示す平均化画像４０ｆは、背景画像４０ａ～４０ｅについて平均化処理を行った画像である。また、測定画像４０ｇは、スリット４からガス６を流出させたときに撮影した画像である。測定画像４０ｇでは、ガス６が分布する部分（中央上部）の輝度値が、ガス６による赤外線の吸収により低く（黒く）なっている。例えば、平均化処理部１６１は、５つの背景画像４０ａ～４０ｅの対応する位置の画素（同じ位置の画素）の輝度を足し合わせて５で割った値を、平均化画像４０ｆの当該位置の画素の輝度値とする処理を全画素について行って、平均化画像４０ｆを生成する。平均化処理部１６１は、生成した平均化画像４０ｆを参照画像としてもよいし、さらに平均化画像４０ｆに対して、２画素×２画素のフィルタリング処理を行った画像を参照画像としてもよい。２画素×２画素のフィルタリング処理とは、注目画素と隣接する３つの画素の輝度値の各々に所定の係数を乗じた結果を足し合わせて４で割った値を、出力画素の輝度値とする処理である。なお、フィルタリング処理に用いる画素の範囲は、２画素×２画素に限定されず、５画素×５画素、９画素×９画素等であってもよい。また、平均化処理部１６１は、参照画像の各画素の値が、グレー（輝度値１２８）付近となるように平均化画像４０ｆに対して輝度補正を行ってもよい。平均化処理を行った参照画像を基準として、測定画像と参照画像の差分処理を行うことにより、その測定画像が撮影されたときの背景が背景画像４０ａ～４０ｅの何れの場合であってもガス６が分布する部分とそうでない部分の輝度値の差を差分処理によって検出することができる。

（差分処理）
図５は、本発明の一実施形態における差分処理を説明する図である。
図５の画像５０ａは、異なる時刻に撮影された複数の背景画像を平均化処理して生成した参照画像である。この参照画像５０ａと測定画像５０ｂ、５０ｄとの間で差分処理を行った場合について説明する。なお、測定画像５０ｂはスリット４からガス６が流出したときに撮影した画像であり、中央上部の輝度値に低下がみられる。一方、測定画像５０ｄはガス６の流出が無い状態で撮影された画像である。まず、差分処理部１６２は、参照画像５０ａと測定画像５０ｂの間で差分処理を行う。例えば、差分処理部１６２は、参照画像５０ａの各画素の輝度値から、測定画像５０ｂの対応する画素の輝度値を減算し、減算後の値を差分画像の対応する画素における輝度値とする。このような処理により、差分画像５０ｃが得られる。同様に差分処理部１６２は、参照画像５０ａの各画素の輝度値から、測定画像５０ｄの対応する画素の輝度値を減算し、減算後の値を差分画像５０ｅの対応する画素における輝度値とする処理を行う。ガス６の流出が無い場合の差分画像５０ｅでは、各画素の輝度値は、ほぼ全領域にわたって０（黒色）に近い値となっている。ガス６の流出が有る場合の差分画像５０ｃでは、中央上部の画素が白色に近い輝度値（２５５）となっている。このように参照画像を用いて測定画像との差分処理を行うことにより、漏洩したガスが分布する領域を明確に抽出することができる。例えば、測定画像の背景に輝度の揺らぎが含まれる場合でも、揺らぎのある部分と参照画像との輝度値の差は比較的小さく、黒色に近い色の画素として表現される。従って、ガス６の分布する領域を精度よく抽出することができる。また、差分処理部１６２は、差分画像の全画素に対して、所定の輝度値を減算する処理を行って、差分画像に含まれるノイズ（ガス６ではないが、参照画像との差分処理によって抽出された、ある程度の大きさの輝度値を有する画素）を除去する処理を行ってもよい。また、差分処理部１６２は、コントラストを明確にするために差分画像に対して、ヒストグラム均一化処理などの輝度補正を行ってもよい。

（２値化処理）
図６は、本発明の一実施形態における２値化処理を説明する図である。
図５に示す差分画像でも目視によるガス漏洩有無の判定は可能であるが、画一的な基準でコンピュータによる判定処理を行うため差分画像に対して２値化処理を行う。
まず、差分処理部１６２は、図６の参照画像６０ａとガス６の流出が無い場合の測定画像６０ｄとの差分画像を生成する。次に２値化処理部１６３は、所定の閾値を基準として差分画像に対する２値化処理を行う。つまり、２値化処理部１６３は、閾値よりも輝度値が大きい画素についてはその画素の輝度値を２５５とし、閾値よりも輝度値が小さい画素についてはその画素の輝度値を０とした２値化画像６０ｅを生成する。
同様にガス６の流出がある場合について、差分処理部１６２は、参照画像６０ａと測定画像６０ｂとの差分画像を生成する。次に２値化処理部１６３が、その差分画像に対して２値化処理を行って、２値化画像６０ｃを生成する。

図示するようにガス６の流出が無い場合（２値化画像６０ｅ）、２値化画像は、ほぼ全領域が黒色（輝度値０）の画像となる。ガス６の流出がある場合（２値化画像６０ｃ）、２値化画像は白色（輝度値２５５）部分を一定量含む画像となる。２値化処理部１６３が２値化画像を生成すると、判定部１６４は、２値化画像に含まれる白色画素数を算出する。判定部１６４は、白色画素数が所定の閾値以上の場合、ガス漏洩が有ると判定し、白色画素数が所定の閾値未満の場合、ガス漏洩が無いと判定する。例えば、２値化画像６０ｅについて、判定部１６４は、ガス漏洩が無いと判定し、２値化画像６０ｃについて、判定部１６４は、ガス漏洩が有ると判定する。

図７は、本発明の一実施形態における判定結果の一例を示す図である。
図７に判定部１６４による判定結果を示す。図７のグラフ縦軸は白色画素数、横軸は経過時間を示す。ガス漏洩の有無を判定する閾値は５００であるとする。判定部１６４は、時刻Ｔ１以前に撮影された測定画像については、ガス漏洩無しと判定する。判定部１６４は、時刻Ｔ１～Ｔ２に撮影された測定画像については、ガス漏洩有りと判定する。判定部１６４は、時刻Ｔ２以降に撮影された測定画像については、ガス漏洩無しと判定する。
例えば、対象領域を所定の時間間隔で撮影した測定画像について、本実施形態のガス検出処理を行うことにより、継続的にガス６の流出の有無を監視することができる。

（ガス検出処理の流れ）
次に検出装置１０によるおけるガス検出処理の流れについて説明する。
図８は、本発明の一実施形態における検出処理の一例を示すフローチャートである。
赤外線カメラ５は、ガス漏洩を検出する対象領域に向けられているとする。
まず、監視員が、ガス６の検出に必要な各種設定情報を検出装置１０に入力する。例えば、監視員は、差分画像からノイズを除去するための輝度値の閾値、２値化処理の閾値、ガス漏洩の有無を判定する白色画素数の閾値、対象領域はガス６が発光状態となる場所か否かを示す設定情報、スチーム等の影響を除外するための検出対象外領域の座標情報などを入力する。なお、監視員は、輝度値の閾値、２値化処理の閾値のそれぞれについて、ガス６が発光状態になる場合に用いる閾値と、ガス６が赤外線を吸収する場合に用いる閾値とを入力してもよい。入出力部１３は、入力された設定情報を取得し、記憶部１４に記録する（ステップＳ１１）。

次に監視員が、ガス漏洩の無い状態であることを確認してから、検出装置１０へ赤外線カメラ５による撮像指示を行う。検出装置１０は、撮影指示信号を赤外線カメラ５へ送信する。赤外線カメラ５は対象領域を撮影する。赤外線カメラ５は、撮影した背景画像を無線通信により検出装置１０へ送信する。検出装置１０では、通信部１５が背景画像を受信する。画像取得部１１は、通信部１５が受信した背景画像を、撮影された時刻とともに記憶部１４に記録する。監視員は、断続的に、あるいは連続して、複数回、撮影指示を行う。赤外線カメラ５は、そのたびに対象領域を撮影して、背景画像を検出装置１０へ送信する。画像取得部１１は、異なる時間に撮影された複数の背景画像を取得し、記憶部１４へ記録する。

次に監視員が、検出装置１０に参照画像の生成を指示する。入出力部１３は、この指示操作を受け付け、画像処理部１６へ参照画像の生成を指示する。画像処理部１６では、平均化処理部１６１が、複数の背景画像を記憶部１４から読み出して、平均化処理およびフィルタリング処理を行う。これにより、平均化処理部１６１は、各背景画像に固有の特徴を平滑化して平均化した参照画像を生成する（ステップＳ１２）。様々な揺らぎを含む複数の背景画像を平均化した参照画像を生成することによって、撮影したタイミングに応じた異なる揺らぎを含んだ測定画像を、偏りの少ない１つの基準（参照画像）に基づいて評価することができる。

なお、ステップＳ１１で、検出対象外領域が設定された場合、範囲設定部１６６は、複数の背景画像の各々から検出対象外領域を除いた画像を切り出し、平均化処理部１６１は、切り出された画像を用いて参照画像を生成する。

参照画像の生成が終了すると、次に監視員は、検出装置１０へ赤外線カメラ５による撮像指示を行うとともに、ガス６の検出処理の開始を検出装置１０に指示する。すると、赤外線カメラ５は、例えば、所定の時間間隔で対象領域を撮影し、測定画像を検出装置１０へ送信する。画像取得部１１は、送信された測定画像を取得し、記憶部１４へ記録する（ステップＳ１３）。

次に差分処理部１６２が、差分画像を生成する（ステップＳ１４）。差分処理部１６２は、記憶部１４から測定画像を読み出して、参照画像の各画素の輝度値から測定画像の対応する画素の輝度値を減算して差分画像を生成する。次に、差分処理部１６２は、輝度補正後の差分画像について、所定の輝度値を差し引く処理を行う。この処理は、次に２値化処理を行うときに高い感度で白色部分を検出するために小さい値の閾値で２値化するような場合に、ガス６とは関係のない画素が検出されてしまうのを防ぐ目的で行う。つまり、輝度値を差し引く処理を行うことによって、ノイズの除去を行う。差分処理部１６２は、ステップＳ１１で設定された輝度値を差分画像の各画素から減算する処理を行う。次に、差分処理部１６２は、差分画像の特徴をより明確化するために輝度補正を行う。例えば、差分処理部１６２は、差分画像にヒストグラム均一化処理を行って、差分画像のコントラストを明確にする。

なお、ステップＳ１１にて対象領域はガス６が発光状態となる場所であると設定された場合、差分処理部１６２は、測定画像の各画素の輝度値から参照画像の各画素の輝度値を引く処理を行う。また、差分処理部１６２は、差分画像の全画素から、ガスが発光状態になる場合に用いる輝度値を減算する。
反対にステップＳ１１にて対象領域はガス６が低温な状態で検出される場所であると設定された場合、差分処理部１６２は、参照画像の各画素の輝度値から測定画像の各画素の輝度値を引く処理を行う。また、差分処理部１６２は、差分画像の全画素から、ガスが赤外線の吸収特性が強く現れる状態になる場合に用いる輝度値を減算する。
測定画像と参照画像の間の差分のとり方や、差し引く輝度値の設定は、選択部１６５が行う。

また、ステップＳ１１で、検出対象外領域が設定された場合、範囲設定部１６６は、測定画像の各々から検出対象外領域を除いた画像を切り出し、差分処理部１６２は、切り出された測定画像と参照画像を用いて差分画像を生成する。

次に２値化処理部１６３が、差分画像に対して２値化処理を行う。２値化処理部１６３は、ステップＳ１１で設定された閾値によって差分画像から２値化画像を生成する（ステップＳ１５）。
選択部１６５は、ステップＳ１１にて設定された対象領域におけるガスの状態（高温または低温、あるいは発光または吸収）に応じて２値化用の閾値を選択し、２値化処理部１６３は、選択された閾値に基づいて、２値化処理を行う。

次に判定部１６４が、２値化画像の白色画素数を算出する処理を行う（ステップＳ１６）。次に判定部１６４は、算出した白色画素数とガス漏洩の有無を判定するための閾値とを比較する。そして、判定部１６４は、ガス漏洩の有無を判定する（ステップＳ１７）。白色画素数が閾値以上の場合、判定部１６４は、ガス漏洩が有りと判定する。白色画素数が閾値未満の場合、判定部１６４は、ガス漏洩が無いと判定する。

次に入出力部１３が、ガス漏洩の判定結果を出力する（ステップＳ１８）。例えば、入出力部１３は、判定結果（ガス漏洩有り、または無し）を表示装置に表示する。
次に検出装置１０は検出を終了するかどうかを判定する。ガス漏洩の検出を終了する場合（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）、一連の処理を終了する。検出を継続する場合（ステップＳ１９；Ｎｏ）、ステップＳ１３以降の処理を繰り返す。

一般に製油所では、炭化水素ガスの漏洩を検出するために多数のセンサが設けられている。しかし、センサの検出範囲は限定的で炭化水素ガスの挙動は流動的なため、多数のセンサを設けても検出漏れが生じる可能性がある。本実施形態のガス検出処理によれば、広範囲を対象に継続して炭化水素ガスの漏洩を検出することができ、多数のセンサを設置するコストを低減することができる。

（ガス漏洩位置の推定）
次にガスの漏洩位置の推定方法について説明する。
図９は、本発明の一実施形態におけるガスの漏洩位置の推定処理を説明する第１の図である。
図９に配管の穴から炭化水素ガスが流出し大気中に拡散する様子を示す。配管穴から流出した炭化水素ガスの、ガスの進行方向に対して直角方向におけるガスの濃度分布は正規分布に従うと仮定する。また、ガスの進行方向に沿って、ガスの流出位置から異なる距離にある任意の２点を選択する。すると、選択した２点におけるガスの進行方向に対する直角方向のガスの濃度分布は、図９の右側に示す２つのグラフ９０ａ，９０ｂのようになる。

図１０は、本発明の一実施形態におけるガスの漏洩位置の推定処理を説明する第２の図である。
ガスの濃度分布は差分画像における輝度分布として反映されると考えられるため、図９で説明した異なる２点におけるガスの濃度分布を差分画像における輝度分布に置き換えて、図１に例示する検出システム１を用いて生成した参照画像１００ａおよび測定画像１００ｂから生成した差分画像１００ｃに当てはめると、グラフ１００ｄが得られる。グラフ１００ｄの縦軸は差分画像における輝度値（つまり、参照画像１００ａおよび測定画像１００ｂの輝度差）、横軸は差分画像の左端を原点としたときの各画素の横軸方向の座標値である。グラフ１００ｄ１は範囲１００ｃ１における輝度分布を示し、グラフ１００ｄ２は範囲１００ｃ２における輝度分布を示す。また、図１に例示する設備では、スリット４のガス６の流出口は、輝度分布が最も高い点ｐ１，ｐ２を結んだ線上にあることが分かった。本実施形態では、この性質を利用してガス漏洩位置の推定を行う。

図１１は、本発明の一実施形態におけるガスの漏洩位置の推定処理を説明する第３の図である。
図１１を用いて、漏洩位置の推定方法について説明する。まず、参照画像１１０ａと、異なる時刻に撮影した２枚の測定画像１１０ｂ，１１０ｃを用意する。差分処理部１６２が、参照画像１１０ａと測定画像１１０ｂの差分画像１１１（図示せず）、参照画像１１０ａと測定画像１１０ｃの差分画像１１２（図示せず）を生成する。
次に漏洩位置推定部１６７が、差分画像１１１を解析して、ガスの進行方向（例えば差分画像１１１の底辺に対して直角方向）に沿った２つの異なる位置における、ガスの進行方向に対して直角方向の輝度分布を算出する。漏洩位置推定部１６７は、それぞれの位置における輝度値のピークを示す点ｐｂ１，ｐｂ２を選択する。そして、漏洩位置推定部１６７は、点ｐｂ１，ｐｂ２を結ぶ直線Ｌｂを算出する。図１０を参照して考察したように、漏洩位置は、直線Ｌｂ上に存在すると考えられる。
同様に漏洩位置推定部１６７は、差分画像１１２を解析して２つの異なる位置における輝度分布を算出する。２つの位置は、差分画像１１１と異なる位置であってよい。漏洩位置推定部１６７は、それぞれの位置における輝度値のピークを示す点ｐｃ１，ｐｃ２を選択する。漏洩位置推定部１６７は、点ｐｃ１，ｐｃ２を結ぶ直線Ｌｃを算出する。
次に漏洩位置推定部１６７は、算出した直線Ｌｂと直線Ｌｃの交点ｐｘを算出する。算出した交点ｐｘが炭化水素ガスの漏洩源の推定位置である。
このように本実施形態の検出装置１０によれば、ガス漏洩の検出だけでなく、漏洩源の位置を推定することができる。

検出装置１０における各処理の過程は、例えば検出装置１０が有するＣＰＵ等がプログラムを実行することによって実現できる。検出装置１０によって実行されるプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録され、この記録媒体に記録されたプログラムを読み出して実行することによって実現してもよい。なお、検出装置１０は、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、コンピュータが読み取り可能な記録媒体は、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、検出装置１０に内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、コンピュータが読み取り可能な記録媒体には、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１・・・検出システム
２・・・赤外光源
２ｂ・・・ウォーターバス
２ａ・・・容器
３・・・ガスボンベ
４・・・スリット
５・・・赤外線カメラ
６・・・ガス
１０・・・検出装置
１１・・・画像取得部
１２・・・設定情報取得部
１３・・・入出力部
１４・・・記憶部
１５・・・通信部
１６・・・画像処理部
１６１・・・平均化処理部
１６２・・・差分処理部
１６３・・・２値化処理部
１６４・・・判定部
１６５・・・選択部
１６６・・・範囲設定部
１６７・・・漏洩位置推定部

Claims (9)

1. 検出対象の空間にガスの漏洩が無い状態で赤外線カメラによって撮影された背景画像であって、異なる時刻に撮影された複数の前記背景画像を取得する背景画像取得部と、
   複数の前記背景画像に対して平均化処理を行って参照画像を生成する平均化処理部と、
   前記空間を前記赤外線カメラで撮影した測定画像を取得する測定画像取得部と、
   前記参照画像と前記測定画像との差分を抽出した差分画像を生成する差分処理部と、
   前記差分画像を２値化処理し２値化画像を生成する２値化処理部と、
   前記２値化画像における白色部分の画素数が、所定のしきい値以上となると前記ガスが漏洩したと判定する判定部と、
   前記ガスの漏洩位置を推定する漏洩位置推定部と、を備え、
   前記測定画像は、第１測定画像と、前記第１測定画像と異なる時刻に撮影された第２測定画像と、を含み、
   前記差分処理部は、
   前記参照画像と前記第１測定画像との差分を抽出した第１差分画像と、前記参照画像と前記第２測定画像との差分を抽出した第２差分画像と、を生成し、
   前記漏洩位置推定部は、
   前記第１差分画像を用いて、前記ガスを示す画素を含むとともに前記ガスの進行方向において異なる位置にある２つの範囲の各々における前記画素の輝度値の分布のピークを結んだ第１直線を算出し、
   前記第２差分画像を用いて、前記ガスを示す画素を含むとともに前記進行方向において異なる位置にある２つの範囲の各々における前記画素の輝度値の分布のピークを結んだ第２直線を算出し、
   前記第１直線と前記第２直線との交点を前記漏洩位置として推定する、
   検出装置。
2. 前記差分処理部は、前記差分画像についてヒストグラム均一化処理を行う、
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記差分処理部は、前記差分画像の全画素から所定の輝度値を減算する処理を行う、
   請求項１または請求項２に記載の検出装置。
4. 前記平均化処理部は、前記参照画像に対してフィルタリング処理を行う、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の検出装置。
5. 前記ガスの状態に応じて、前記測定画像における輝度が高い画素と輝度が低い画素の何れを検出対象とするかを選択する選択部、
   をさらに備える請求項１から請求項４の何れか１項に記載の検出装置。
6. 前記背景画像および前記測定画像について、検出対象外とする領域を設定する範囲設定部、
   をさらに備える請求項１から請求項５の何れか１項に記載の検出装置。
7. 前記第１差分画像及び前記第２差分画像の各々における前記２つの範囲は、前記進行方向に対して直角方向に広がりを持った範囲として設定されている、
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載の検出装置。
8. 炭化水素ガスを検出する検出システムであって、
   無線式の赤外線カメラと、
   請求項１から請求項７の何れか１項に記載の検出装置と、
   を有する検出システム。
9. 検出対象の空間にガスの漏洩が無い状態で赤外線カメラによって撮影された背景画像であって、異なる時刻に撮影された複数の前記背景画像を取得する工程と、
   複数の前記背景画像に対して平均化処理を行って参照画像を生成する工程と、
   前記空間を前記赤外線カメラで撮影した測定画像を取得する工程と、
   前記参照画像と前記測定画像との差分を抽出した差分画像を生成する工程と、
   前記差分画像を２値化処理し２値化画像を生成する工程と、
   前記２値化画像における白色部分の画素数が、所定のしきい値以上となると前記ガスが漏洩したと判定する工程と、
   前記ガスの漏洩位置を推定する工程と、を有し、
   前記測定画像は、第１測定画像と、前記第１測定画像と異なる時刻に撮影された第２測定画像と、を含み、
   前記差分画像を生成する工程では、
   前記参照画像と前記第１測定画像との差分を抽出した第１差分画像と、前記参照画像と前記第２測定画像との差分を抽出した第２差分画像と、を生成し、
   前記漏洩位置を推定する工程では、
   前記第１差分画像を用いて、前記ガスを示す画素を含むとともに前記ガスの進行方向において異なる位置にある２つの範囲の各々における前記画素の輝度値の分布のピークを結んだ第１直線を算出し、
   前記第２差分画像を用いて、前記ガスを示す画素を含むとともに前記進行方向において異なる位置にある２つの範囲の各々における前記画素の輝度値の分布のピークを結んだ第２直線を算出し、
   前記第１直線と前記第２直線との交点を前記漏洩位置として推定する、
   検出方法。

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