JPH01277118A - 画像処理による焼却炉の燃え切り点検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、　産業上の利用分野 本発明は通常の燃料以外の、例えば、木屑、ダスト等の
廃棄物、、都市とみ等（以下単にごみ等という）を焼却
炉内で焼却するとき、そのごみ等の燃え切り点をテレビ
カメラで撮像した画像から処理して検出する方法の改良
に関する。

ｂ、　従来の技術 ごみ等を焼却処理する際に発生する熱を回収し、これを
有効利用するために、ボイラと共に設置される焼却炉と
して最近注目されるものに、都市ごみを燃焼させるごみ
焼却炉がある０通常、この種のごみの燃焼状態は変動が
激しいため、ごみを自動供給、または停止して、燃焼制
御することは難しかった。

このため従来から、ごみ等の焼却炉内の燃焼状況をテレ
ビカメラで撮像し、得られた画、像から燃え切り点を監
視しながら、燃焼ｗ制御する方法が試みられている。

そこで、本発明者等は、焼却炉内の燃焼状況をテレビカ
メラで撮像し、得られた画像を処理することにより、燃
焼物の燃え切り点位置を検出するひとつの方法を既に提
案した。（特願昭６２−２２５１０３号） すなわち、前記テレビカメラから得られた画像の縦横を
区分して複数の画素に分割する０分割された各画素の画
像信号を、前記炉内の輝度（明るさ）に対応した多値化
信号に変換し、画像上に設けた任意の複数の縦線（監視
線）上に沿って相隣る画素の輝度の変化量を調べる。こ
の変化量の最も大きい箇所（位置）をその線上の燃え切
り点とし、この燃え切り点の前記複数線についての平均
位置を画像の燃え切り点として検出するものである。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 前記従来の燃え切り点を検出する方法によれば、火炎が
発生する主燃焼域から灰部を含むおき燃焼域に移行する
燃え切り点では、通常はそれらの輝度変化量が大きいの
で、燃え切り点を検出することは比較的容易である。

しかしながら、一方において、前記監視線上における輝
度を監視する場合、屡々ノイズの影響を受け、燃え切り
点が変動するという問題点があった。他方、同一監視線
上において燃焼域が複数箇所に及ぶ場合、それらの箇所
の輝度変化量の大きさがほぼ同じであるため燃え切り点
が複数箇所に変動し、安定した燃え切り点の検出が期待
できないという問題点があった。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前
記問題点を解消し、前記焼却炉内の燃焼状況をテレビカ
メラで撮像し、得られた画像を処理することにより、同
焼却炉内の燃え切り点を容易に、しかも安定して検出゛
する方法を提案することにある。

ｄ、　課題を解決するための手段 前記目的を達成するための本発明の構成は、＋１１　　
焼却炉内の燃焼状況をテレビカメラで撮像し、得られた
画像を処理することにより、燃焼物の燃え切り点位置を
検出する方法において、前記テレビカメラから得られた
画像の縦横を区分して複数の画素に分割すると共に、前
記画像上で燃焼物の流れ方向と平行に任意の複数の監視
綿を設定し、その各々の監視線上における前記画素の輝
度を監視し、 前記監視線ごとにあらかじめあるいは、その都度所定の
輝度しきい値を設定し、炉の排出口側に最も近くで、前
記輝度しきい値を超えた輝度を有する位置を求めて該線
上の燃え切り点とし、核燃え切り点を前記複数の監視線
について求めると共に、それらの燃え切り点の平均位置
を前記画像上の燃え切り点位置として検出することを特
徴とする。

（２）　　焼却炉内の燃焼状況をテレビカメラで撮像し
、得られた画像を処理することにより、燃焼物の燃え切
り点位置を検出する方法において、前記テレビカメラか
ら得られた画像の縦横を区分して複数の画素に分割する
と共に、前記画像上で燃焼物の流れ方向と平行に任意の
複数の監視線を設定し、その各々の監視線上における前
記画素の輝度を監視し、 前記監視線ごとにあらかしめあるいは、その都度所定の
輝度しきい値を設定し、炉の排出口側に最も近くで、前
記輝度しきい値を超えた輝度を有する位置を求め、 その位置付近から算定される第１の輝度回帰直線と、灰
部を含むおき燃焼域から算定される第２の輝度回帰直線
との交点に相当する位置を求めて該線上の燃え切り点と
し、 核燃え切り点を前記複数の監視線について求めると共に
それらの燃え切り点の平均位置を前記画像上の燃え切り
点位置として検出することを特徴とする。

ｅ、　作用 本発明はごみ等の焼却炉などにおいて、火格子上でごみ
等が主燃焼域からおき燃焼域に移行する箇所−画像上で
は、火炎の発生が終了する炉長平方向上の境界線、すな
わち燃え切り点−をテレビカメラで撮像した画像から検
出する。

本発明の第１の要点は、テレビカメラから得られる各画
素の画像信号を、前記炉内の輝度（明るさ）に対応した
多値化信号に変換し、燃焼物の流れ方向と平行に画像上
に設けた任意の複数の縦線（監視線）上に沿って、画素
の輝度を調べる。この場合、前記各監視線には、所定の
輝度しきい値をあらかじめあるいは、その都度設定して
おき、それらの輝度が設定輝度しきい値を超えた輝度を
有する位置のうち、炉の排出口側に最も近い位置を求め
てその線上の燃え切り点とする。そして、この燃え切り
点の前記複数線についての平均位置を画像の燃え切り点
として検出するものである。

本発明の第２の要点は、前記第１の要点と同様に、監視
線ごとに、その画素の輝度があらかしめあるいは、その
都度設定された輝度しきい値を趨えた画素で、炉の排出
口側に最も近い画素の位置を求める０次にその位置付近
の輝度変化曲線から算定される第１の輝度回帰直線と、
灰部を含むおき燃焼域における輝度変化曲線から算定さ
れる第２の輝度回帰直線を求める。しかる後、両輝度回
帰直線の交点に相当する位置を求めてその線上の燃え切
り点とする。そして、この燃え切り点の前記複数線につ
いての平均位置を画像の燃え切り点として検出するもの
である。

なお、前記監視線ごとに設定される所定の輝度しきい埴
は、各監視線上において、あらかじめあるいは、その都
度輝度に対する画素数のヒストグラムを求め、該ヒスト
グラムを基に、画像処理で通常使用される自動しきい値
選択法、例えばモード法または判別分析法などによって
求められた輝度レベルを使用する。

また、本発明では、従来のように画像信号をそのまま固
定された一定のしきい値で比較する、いわゆる二値化処
理をしないで、該画像信号をそのときの炉内の輝度（明
るさ）に対応した多値化信号に変換し、画像処理後の平
均位置を検出しているため、撮像管の劣化、レンズの汚
れなどによる相対的量変化にともなう主燃焼域とおき燃
焼域との誤認がない。

ｆ、　実施例 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すごみ焼却炉の燃え切り
点を検出するための全体構成図である。

同図において、焼却炉ｌのごみ投入口２より、図示しな
いクレーン等によって投入されたごみ３は、徐々に下降
し炉室４に入る。炉室４には後述する各種火格子５，６
．７が配設されており、これらの火格子５，６．７はキ
ャタピラ式または往復運動式のもので、炉室４に入った
ごみ３は、燃焼しながら同図右方に移動していく、すな
わち、ごみ３は乾燥火格子５において、下方から送風さ
れる熱風８−１により乾燥された後、燃焼火格子６に送
られ、ごみ３は下方から吹き上げる空気８Ｉによって火
炎９を上げて燃焼する。該燃焼火格子６で燃え残ったご
みは、前記同様、空気８４を供給されながらおき燃焼火
格子７上で、炎が上らないおき燃焼状態となり、その後
天ｌＯとなる。灰１０は前記積大格子５，６．７の送り
速度に応じ、定期的に灰送りコンベア１１の上に落下し
炉外に排出される。

一方、テレビカメラ１３は、前記燃焼火格子６とおき燃
焼火格子７とを描像する視野内におさめるべく、炉室４
内の後方（排出口側）ののぞき窓１２に接して配置され
る。このテレビカメラ１３によって炉室４の燃焼部分を
描像し、その画像信号ＡＳをホストコンピュータ１６と
画像信号処理装置１４によって処理し、燃え切り点を検
出すると共に、モニタテレビ受像機１５に表示、監視す
る。この場合、テレビ画像の縦方向は燃焼物の流れ方向
にほぼ一致させる。

次に本実施例における燃え切り点検出のだめの画像信号
処理の方法について、第２図を参照しながら説明する。

第２図に示す画像信号処理装置１４はＡ／Ｄ変換器１４
−、、画像信号および処理信号の画像メモリ回路１４−
、、　　Ｄ　／　Ａ変換器１４−　ｓおよびＣＰＵ（中
央処理装置）　１４−４から構成される。テレビカメラ
１３から得られる画像信号＾Ｓのうち、火炎部は周囲（
背景）に対して著しく高いコントラストを有している０
画像信号処理装置１４はＡ／Ｄ変換器１４−１により、
該画像信号ＡＳを炉室４内の明るさに対応した多情化信
号、例えば暗から明の間を２５６段階のディジタル信号
に順次Ａ／Ｄ変換し、画像メモリ回路１４．にディジタ
ル量として記憶させる。

これらのディジタル量は必要に応じて、再びＤ／Ａ変換
器１４−３を通じてアナログ画像信号とし、モニタテレ
ビ受像４１１１５に表示することができる。前記画像メ
モリ回路１４Ｉに記憶されるディジタル信号は、一画面
の画像について縦横を、例えば横５１２等分、４１４８
０等分に区分された複数の画素に分割されて記憶される
。

前記画像メモリ回路１４−１に記憶された画像について
、前記ＣＰＩ７１４−４とホストコンピュータ１６によ
り、モニタテレビ１５上に表示される第３図の画像のよ
うに、火炎９の画像を含む前記画像の縦方向に任意の複
数、例えば５本の監視線ｎｌ＋　ｎｍ＋　−’−ｎｓを
設定し、該各々の監視線＋１１＋　ｎｔ＋・・−・−ｎ
、に沿って各画素の輝度を順次監視する。輝度の監視は
画像上の下端から上端に向って、すなわち、炉室４の後
方（排出口側）から前方（投入口側）に向って各監視線
上の画素の輝度を監視する。

この場合、該各々の監視線ｎｌ＋　ｎｔ＋・・・−ｎ、
には所定の輝度しきい値、すなわち燃え切り輝度レベル
をあらかじめあるいは、その都度設定してお（。

ここで該輝度しきい値の決め方については、例えば、画
像処理において一般的に使用されている自動しきい値選
択法が使える。

第４図はある監視線上における輝度値に対する画素数（
所謂、度数）のヒストグラムの一例であり、このヒスト
グラムから前記自動しきい値選択法のなかのモード法ま
たは判別分析法によって、輝度しきい値を決める方法を
簡単に述べる。

ｌａ）　　モード法−・−一−−−−同図は、燃焼域と
、灰部を含むおき燃焼域とから形成される２つのピーク
をもつ分布の場合であり、この２つの山の間の谷のとこ
ろをしきい値とする方法である。

山）　判別分析法・−・−・−・画像の輝度値のヒスト
グラムにおいて、輝度値の集合をしきい値ｔで２つのク
ラス（を以上とｔ未１ｌｌ）に分割したと仮定したとき
、２つのクラス間の分離が最も良くなるようにパラメー
タｔを決めるという方法である。実際には、２つのクラ
スの平均値の分散（クラス間分散）と各クラスの分散（
クラス内分散）の比を最大にするという基準によりｔを
決める。こ・の方法は、ヒストグラムが２つの山をもつ
（谷が存在する）ときモード法として働き、山がないと
きにもしきい値が求められる。

前述のように、前記監視線ごとにモード法または判別分
析法によって決められたそれぞれのｍ魔しきい値、すな
わち燃え切り輝度レベルをあらかじめ設定する。しかる
後、炉室４の後方（排出口側）から前方（投入口側）に
向って、各監視線上の画素の輝度を監視し、その輝度が
最初に、設定輝度しきい値を超えた輝度を有する画素の
位置を求め、その線上の燃え切り点として前記にＰＵ　
１４−４あるいはホストコンピュータ１６で算出９選択
する。

第５．６．７図は前記各監視線ｎ１．ｎＺ＋　ｎ３上の
輝度変化とその変化量を示す図であり、図の右から左に
沿って求めたもので、輝度変化量は横軸に対して、上側
が正、下側が負の変化量を示す。同図は、前記判別分析
法によって決められたそれぞれの設定輝度しきい値１．
．１．、１．に対して、最初に、すなわち排出口側に最
も近くで、該設定輝度しきい値を超えた輝度を有する画
素の位置を求めて、これを各監視線上の各燃え切り点Ｎ
Ｉ＋　Ｌ＋　Ｎｊとしたものである。第５図の通常の場
合では、その燃え切り点ＮＩは従来技術の輝度変化量の
最も大きい位置を燃え切り点とした検出方法のものとよ
く一致している。第６図の燃焼域が２箇所ある場合では
、輝度変化量が他より極めて大きい位置が２箇所存在す
るが、本実施例においては排出口側に最も近い位置を燃
え切り点Ｎ２としている。第７図の画像人力系にノイズ
が多く入った場合でも、該ノイズに影響を受けることな
く正確に燃え切り点Ｎ、をヰ食出することかで゛きる。

次にこれら複数の燃え切り点Ｎｌ＋　Ｎ！＋　−・−Ｎ
、の画素位置の平均値を前記ホストコンピュータ１６で
演算し、この平均位置Ｎ、を該画像の燃え切り点として
検出すると共に表示し、かつホストコンピュータ１６に
記憶させる。

また、検出された燃え切り点平均位置の出力は、焼却炉
の燃焼制御のために使用される。

なお、前記監視線の数は、前記画像信号処理装置１４の
分解能や処理速度および測定範囲に応じて制限されるが
、実用上問題のない範囲で監視線を設定することが可能
である。

次に本発明の他の実施例について説明する。

本実施例においては、まず前記実施例と同様に、前記画
像メモリ回路１４−１に記憶された画像について、前記
ＣＰＵ　１４−４とホストコンピュータ１６により、第
８図のモニタテレビ１５上に表示される画像のように、
火炎９の画像を含む前記画像の縦方向に任意の複数、例
えば５本の監視線ｎｌｌ＋　ｎ＋□、・−’ｎｌｓを設
定し、該各々の監視線ｎｌｌ＋　ｎ＋□＋−””ｎ１５
に沿って各画素の輝度を順次監視する。輝度の監視は画
像上の下端から上端に向って、ずなわぢ、炉室４の後方
（排出口側）から前方（投入口側）に向って、各監視線
上の画素の輝度を監視する。この場合、前記監視線ごと
にモード法または判別分析法によって求められたそれぞ
れの輝度しきい値、すなわち燃え切り輝度レベルをあら
かじめあるいは、その都度設定する。しかる後、炉室４
の後方（排出口側）から前方（投入口側）に向って、各
監視線上の画素の輝度を監視し、その輝度が最初に、設
定輝度しきい値を超えた輝度を有する画素の位置を求め
て、その線上の燃え切り点として、前記ＣＰＵ　１４−
ｎあるいはホストコンピュータ１６で算出１選択する。

第９図は前記監視線の一本、例えばｎ１３上の輝度変化
曲線２１とその輝度変化量２２の一例を示す図であり、
図の右から左に沿って求めたもので、輝度変化量は横軸
に対して上側が正、下側が負の変化計を示す。

同図において、前記判別分析法によって決められた設定
輝度しきい値ｔ１３に対して、最初に、すなわち炉の排
出口側に最も近くで、設定輝度しきい（！！　ｔ　Ｉ　
３を超えた輝度を有する画素の位置Ｎ１３点を求める。

該Ｌｓ点に相当する監視線ｎＩｓ上の位置がＡ点となる
。次に、該Ｎ　＋　３点を含むその付近の輝度変化曲線
２１ａから第１の輝度回帰直線２３を算定すると共に、
灰部を含むおき燃焼域における輝度変化曲線２１ｂから
第２の輝度回帰直線２４を算定する。しかる後、両輝度
回帰直線２３．２４の交点Ｎ１３に相当する監視線ｎｔ
ｓ上の位置Ｂ点を求めて、該線ｎ＋３上の燃え切り点と
するように、前記ＣＰＵ１４−４あるいはホストコンピ
ュータ１６で算出、処理する。他の監視線ｎｌｌ＋　ｎ
ｌ！＋　ｎｌｅ＋　ｎ１５についても同様の処理を行な
い、第８図に示すように、排出口側に最も近くで、設定
輝度しきい値を超えた画素の位置を表す５個の点Ｎｚ、
　Ｎ１ｚ＋　−’−’Ｉｌ１％　と燃え切り点Ｎ！ＩＩ
　Ｎｚｚ＋−Ｎｘｓを求める０次にこれら複数の燃え切
り点の画素位置の平均値を前記ホストコンピュータ１６
で演算し、この平均値Ｗ　Ｎ　！。（２点１１線で示す
）を該画像の燃え切り点として検出すると共に表示し、
かつホストコンピュータ１６と記憶させる。また、検出
された燃え切り点平均位置の出力は、焼却炉の燃料制御
のために使用される。

なお、燃え切り点の検出方法として、第９図に示すよう
に、前記実施例による燃え切り点位置Ａ点に比べて、本
実施例の方法による燃え切り点位置Ｂ点の間に明らかに
差がある場合があるが、Ｂ点を燃え切り点位置とする方
が実際の燃え切り点により近いことがｉ１１認されてい
る。

次に本発明の更に他の実施例について説明する。

前述のように焼却炉の後方（排出口側）から前方に向っ
てテレビカメラで撮像したとき、得られた画像から異常
状態−主として燃焼物の質、例えばごみ質の変動に基く
ものであって、発熱量の低いごみが供給された場合や燃
焼速度の遅いごみの場合、燃え切り点の位置が後方に移
動する異常状態、゛あるいは、ごみの中に大型の不燃物
がある場合、これが、火格子上の後方に移動してきた場
合に火炎を隠し、燃え切り点があたかも前方に移動した
かのように観察される異常状態−をすみやかに検出する
ことを可能にしたものである。

また、灰の舞上り等の゛ため、燃え切り点検出に異常が
生じたときは、これを異常値として速やかに除去するこ
とを可能にしたものである。

なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定さ
れるものではなく、同様な機能を果す他の態様の手段に
よってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内に
おいて種々の変更、付加が可能である。

ｇ、　発明の効果 本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。

前記各監視線上における輝度を監視する場合、常に炉の
排出口側に最も近くで、所定の設定輝度しきい値を超え
た輝度を有する画素の位置を求めているので、輝度の値
がノイズの影響を受けても、検出された燃え切り点の大
幅な変動はない、また、同一監視線上に燃焼域が複数箇
所あっても、燃え切り点が複数箇所に変動することなく
、排出口側に最も近い燃え切り点のみ検出するので、容
易かつ安定した燃え切り点の検出が期待できる。

さらに、テレビカメラの撮像管の劣化やレンズの汚れな
どによる相対的量変化に伴う影響はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像処理による燃え切り点検出方法の
一実施例を示すごみ焼却炉の燃え切り点検出のための全
体構成図、第２図は画像信号処理装置の構成図、第３図
はモニタテレビ受像機に表示される複数の監視線を含ん
だ一例を示す画像図、第４図は監視線上の輝度ヒストグ
ラムとモード法によるしきい値選択図、第５．６．７図
は監視線上の輝度変化と輝度変化量の例を示す図、第８
図は他の実施例によるモニタテレビ受像機に表示される
複数の監視線を含んだ一例を示す画像図、第９図は同実
施例による監視・線上の輝度変化と輝度変化量の一例を
示すと共に燃え切り点を求める図である。 ｌ・・・焼却炉、１３川テレビカメラ、１４・・・画像
信号処理装置、 １５・・・モニタテレビ受像機、 １６・・・ホストコンピュータ、 ２１・・・輝度変化曲線、　゛ ２１ａ、　２１ｂ・・・部分的輝度変化曲線、２２・・
・輝度変化量、　　　２３．２４・・・輝度回帰直線、
ｎｌ＋　ｎｌ＋　−”’−ｎｓ＋　ｎｌｌ＋　ｎ１１＋
　”−−−ｎ１％　’・・任意の監視線、 ＮＩ＋　Ｎｇ＋　−’−’−ＮＳ＋　Ｎｇ＋＋　Ｎｘｘ
＋　−−−Ｎｕｓ　−燃え切り点Ｎ−，Ｎｌ。・・・燃
え切り点平均位置Ｌｌ＋　Ｌｔ＋　Ｆ＋　ｔ＋４・・・
輝度しきい値。 特許出願人　　日本セメント株式会社 （ほか３名） 第６図 第・７　図 第８図 第９図 ｎｏ線上の距離

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼却炉内の燃焼状況をテレビカメラで撮像し、得
   られた画像を処理することにより、燃焼物の燃え切り点
   位置を検出する方法において、前記テレビカメラから得
   られた画像の縦横を区分して複数の画素に分割すると共
   に、前記画像上で燃焼物の流れ方向とほぼ平行に任意の
   複数の監視線を設定し、その各々の監視線上における前
   記画素の輝度を監視し、 前記監視線ごとにあらかじめあるいは、その都度所定の
   輝度しきい値を設定し、炉の排出口側に最も近くで、前
   記輝度しきい値を超えた輝度を有する位置を求めて該線
   上の燃え切り点とし、該燃え切り点を前記複数の監視線
   について求めると共に、それらの燃え切り点の平均位置
   を前記画像上の燃え切り点位置として検出することを特
   徴とする画像処理による焼却炉の燃え切り点検出方法。
2. （２）焼却炉内の燃焼状況をテレビカメラで撮像し、得
   られた画像を処理することにより、燃焼物の燃え切り点
   位置を検出する方法において、前記テレビカメラから得
   られた画像の縦横を区分して複数の画素に分割すると共
   に、前記画像上で燃焼物の流れ方向とほぼ平行に任意の
   複数の監視線を設定し、その各々の監視線上における前
   記画素の輝度を監視し、 前記監視線ごとにあらかじめあるいは、その都度所定の
   輝度しきい値を設定し、炉の排出口側に最も近くで、前
   記輝度しきい値を超えた輝度を有する位置を求め、 その位置付近から算定される第１の輝度回帰直線と、灰
   部を含むおき燃焼域から算定される第２の輝度回帰直線
   との交点に相当する位置を求めて該線上の燃え切り点と
   し、 該燃え切り点を前記複数の監視線について求めると共に
   それらの燃え切り点の平均位置を前記画像上の燃え切り
   点位置として検出することを特徴とする画像処理による
   焼却炉の燃え切り点検出方法。
3. （３）前記所定の輝度しきい値が、各々の監視線上にお
   いて、輝度に対する画素数のヒストグラムを求め、該ヒ
   ストグラムから、画像処理において通常使用される方法
   、例えばモード法または判別分析法などによって決まる
   輝度しきい値である特許請求の範囲第（１）項および第
   （２）項記載の画像処理による焼却炉の燃え切り点検出
   方法。