WO2017126384A1 - ガス検出装置、ガス検出方法およびガス検出プログラム - Google Patents

ガス検出装置、ガス検出方法およびガス検出プログラム Download PDF

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昭洋 鈴木
基広 浅野
高橋　弘
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コニカミノルタ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a gas detection device, a gas detection method, and a gas detection program for determining a region of a gas (hereinafter referred to as a gas to be detected) to be detected in a monitoring region using an infrared image.
  • the infrared monitoring camera includes a wavelength tunable filter that can capture an image of the monitoring region using radiant infrared rays or reflected infrared rays and vary the transmission spectrum.
  • An image processing apparatus adjusts a wavelength tunable filter so as to have a transmission peak in one absorption band of a specific gas to be detected (hereinafter referred to as a first image), and a transmittance in the vicinity of the absorption band.
  • a difference from an image captured by adjusting the wavelength tunable filter so as to have a peak (hereinafter referred to as a second image) is calculated.
  • the image processing device generates a differential image in which the pixel region in which the radiant infrared ray or the reflected infrared ray from the background of the monitoring region is absorbed by the gas to be detected is a gas image.
  • the value of the pixel indicating the background in the first image and the second image may be different due to the difference in the transmission wavelength of the wavelength tunable filter.
  • the first image and the second image may differ in background image due to parallax or blurring of the infrared monitoring camera.
  • an object of the present invention is to provide a gas detection device, a gas detection method, and a gas detection program capable of reducing noise.
  • the first aspect of the present invention is generated using a first optical filter having, as a first passing wavelength band, a wavelength band including at least an absorption wavelength band of a gas to be detected in a monitoring region.
  • a first acquisition unit that acquires a first image; a second acquisition unit that acquires a second image generated using a second optical filter having a wavelength band different from the absorption wavelength band as a second pass wavelength band;
  • a first image processing unit that generates a first binary image that indicates the inside and outside of the first region indicating the gas and water vapor based on the first image, and the water vapor based on the second image.
  • a second image processing unit that generates a second binary image that shows the inside and outside of the second region that represents a binary value, and a third image process that calculates a difference between the first binary image and the second binary image
  • a gas detection device including the unit.
  • a first image generated using a first optical filter having a wavelength band including at least the absorption wavelength band of the gas to be detected in the monitoring region as the first pass wavelength band is acquired.
  • the first image generated using the first optical filter having a wavelength band including at least the absorption wavelength band of the gas to be detected in the monitoring region as the first passing wavelength band is acquired.
  • a second acquisition unit that acquires a second image generated using a second optical filter having a second pass wavelength band having a wavelength band different from the absorption wavelength band, based on the first image
  • a computer to function as a second image processing unit that generates a second binary image indicated by a value and a third image processing unit that calculates a difference between the first binary image and the second binary image Gas detection program Directed.
  • the gas monitoring system 1 ⁇ / b> A includes a first infrared imaging device 11, a second infrared imaging device 12, an imaging device 13, a gas detection device 14, a display device 15, and a notification device 16. Yes.
  • the gas detection device 14, the display device 15, and the notification device 16 are accommodated in the same housing 17, and the first infrared imaging device 11, the second infrared imaging device 12, and the imaging device 13 are included. Is connected to the gas detection device 14 via any of a communication network, a wired transmission path, and a wireless link.
  • the infrared imaging devices 11 and 12 are installed at a position where a region (hereinafter referred to as a monitoring region) where a leakage of gas (hereinafter referred to as a gas to be detected) that cannot be seen with the naked eye should be monitored can be seen.
  • the infrared imaging devices 11 and 12 are preferably installed adjacent to each other in order to reduce parallax.
  • the infrared imaging devices 11 and 12 include infrared optical systems 111 and 121, optical filters 112 and 122, area image sensors (two-dimensional image sensors) 113 and 123, and signal processing units 114 and 124.
  • Infrared optical systems 111 and 121 emit infrared rays IR01 and IR02 radiated from a monitoring area as a subject to optical filters 112 and 122 in order to form an image on area image sensors 113 and 123, respectively.
  • the optical filter 112 is disposed on the optical path between the infrared optical system 111 and the area image sensor 113, and has a wavelength band including at least the absorption wavelength band of the gas to be detected as the first passing wavelength band ⁇ 1.
  • the optical filter 112 passes the infrared IR11 included in the first pass wavelength band ⁇ 1 out of the infrared IR01 having passed through the infrared optical system 111.
  • the infrared ray IR01 passes through the gas to be detected, the component in the absorption wavelength band of the gas to be detected is not incident on the optical filter 112.
  • the infrared ray IR01 includes a component in the absorption wavelength band of the gas to be detected.
  • the gas monitoring system 1A Based on the presence or absence of a component in the absorption wavelength band, the gas monitoring system 1A detects the presence or absence of the gas to be detected. For example, when the first pass wavelength band ⁇ 1 is set to a medium wavelength range of 3.2 ⁇ m to 3.4 ⁇ m, the gases listed on the upper right side of Table 1 can be detected. In addition, when the first pass wavelength band ⁇ 1 is a long wavelength range, the gases shown on the lower right side of Table 1 can be detected.
  • the optical filter 122 is disposed on the optical path between the infrared optical system 121 and the area image sensor 123, and transmits the infrared IR12 included in the second pass wavelength band ⁇ 2 among the infrared IR02 that has passed through the infrared optical system 121.
  • the second pass wavelength band ⁇ 2 is set outside the first pass wavelength band ⁇ 1.
  • the second pass wavelength band ⁇ 2 is adjacent to the first pass wavelength band ⁇ 1 without overlapping.
  • the first pass wavelength band ⁇ 1 is in the range of 3.2 ⁇ m to 3.4 ⁇ m
  • the second pass wavelength band ⁇ 2 is set in the range of 3.5 ⁇ m to 3.7 ⁇ m.
  • the first pass wavelength band ⁇ 1 is in the range of 10 ⁇ m to 11 ⁇ m
  • the second pass wavelength band ⁇ 2 is set in the range of 12 ⁇ m to 13 ⁇ m.
  • the area image sensors 113 and 123 perform photoelectric conversion on the infrared rays IR11 and IR12 that have passed through the optical filters 112 and 122, and generate and output analog electrical signals AS1 and AS2 representing an infrared image (thermal image) of the monitoring area. To do.
  • the operation principle and material of the area image sensors 113 and 123 are appropriately selected according to the first pass wavelength band ⁇ 1. Specifically, if the first pass wavelength band ⁇ 1 is 3.2 ⁇ m to 3.4 ⁇ m, a cooled indium antimonide image sensor or the like is used. If the first pass wavelength band ⁇ 1 is 10 ⁇ m to 11 ⁇ m, the cooling is performed. A type QWIP (quantum well infrared detector) or the like is used.
  • the signal processing units 114 and 124 receive the analog signals AS1 and AS2 from the area image sensors 113 and 123, convert them into digital signals, and generate infrared moving images Vir1 and Vir2. Note that the signal processing units 114 and 124 may perform known image processing as necessary. The signal processing units 114 and 124 sequentially output the generated infrared moving images Vir1 and Vir2 to the gas detection device 14 at a predetermined frame rate via the communication network.
  • the infrared moving images Vir1 and Vir2 are an example of the first infrared image and the second infrared image, and the infrared energy radiated from the monitoring area is represented by, for example, a gray scale of 256 gradations.
  • the imaging device 13 is installed in a position where the monitoring area can be seen so as to be close to the infrared imaging devices 11 and 12.
  • the imaging device 13 captures a moving image V (or a still image) composed of a visible image frame representing a monitoring area, and transfers it to the gas detection device 14 via a communication network or the like.
  • the gas detection device 14 includes a communication unit 141, a CPU 142 as a typical example of a computer device, a nonvolatile memory 143, and a main memory 144.
  • the communication unit 141 is a communication interface between the gas detection device 14 and the other devices 11, 12, 13, 15, 16.
  • the CPU 142 executes the program P1 stored in advance in the nonvolatile memory 143 using the main memory 144 as a work area. Thereby, the CPU 142, as shown in FIG. 2, the first acquisition unit 145, the second acquisition unit 146, the third acquisition unit 147, the fourth image processing unit 148, the fifth image processing unit 149, the first image processing unit. 1410, second image processing unit 1411, third image processing unit 1412, determination unit 1413, display image generation unit 1414, display control unit 1415, notification sound generation unit 1416, and notification control unit 1417.
  • the display device 15 is a liquid crystal display, for example, and displays the display image Vd generated by the gas detection device 14.
  • the notification device 16 is a speaker, for example, and outputs the notification sound Ds generated by the gas detection device 14.
  • step S01 of FIG. 3 the frames constituting the infrared moving image Vir1, Vir2, and moving image V are sequentially transferred to the communication unit 141 of the gas detection device 14.
  • the first acquisition unit 145 and the second acquisition unit 146 sequentially store the infrared moving images Vir1 and Vir2 transferred to the communication unit 141 in the main memory 144 in units of frames. In this way, the acquisition units 145 and 146 acquire the infrared moving images Vir1 and Vir2.
  • the third acquisition unit 147 sequentially stores the moving image V in the main memory 144 in units of frames.
  • the fourth image processing unit 148 (CPU 142) detects a moving object from each frame constituting the infrared moving image Vir1 by the background difference method or the optical flow method, and generates the first visible image Dm1.
  • the first reference image captured by the infrared imaging device 11 in a state where the detection gas and water vapor are not present in the monitoring area is stored in advance in the nonvolatile memory 143 or the like.
  • the fourth image processing unit 148 generates a first visible image Dm1 in which a moving object in the monitoring area is visualized by calculating a difference between each frame constituting the infrared moving image Vir1 and the first reference image.
  • the optical filter 121 has the first pass wavelength band ⁇ 1 including the absorption wavelength band of the gas to be detected, if the gas to be detected exists in the monitoring region, the first visible image Dm1 is displayed in the upper part of FIG. As shown, the gas to be detected is visualized as a moving object.
  • Water vapor partially absorbs infrared rays emitted from the background, but re-radiates broadband infrared rays determined by the temperature of the water vapor and the like. Therefore, when water vapor is present, the optical filter 121 allows infrared rays included in its own pass wavelength band to pass through among infrared rays emitted by the water vapor. Therefore, water vapor is also visualized as a moving object in the first visible image Dm1.
  • the fourth image processing unit 148 uses a plurality of frames constituting the infrared moving image Vir1 to estimate the motion of the moving object in the monitoring area as a vector. Therefore, as described above, if there is a gas to be detected or water vapor in the monitoring area, these are visualized as moving objects in the first visible image Dm1.
  • the fifth image processing unit 149 (CPU 142) detects a moving object from each frame constituting the infrared moving image Vir2 by the same method as the fourth image processing unit 148, and generates the second visible image Dm2. Generate.
  • the infrared moving image Vir2 is generated using the optical filter 122 having the pass wavelength band ⁇ 2. Therefore, even if the gas to be detected exists in the monitoring region, the gas to be detected is not visualized as a moving object in the second visible image Dm2 as shown in the lower part of FIG. However, the water vapor is also visualized in the second visible image Dm2 for the same reason as described above.
  • the absolute value of the difference is preferably calculated so as to correspond to high-temperature steam or low-temperature steam.
  • the first image processing unit 1410 (CPU 142) performs binarization processing on the first visible image Dm1, and generates a first binary image Dm3.
  • the pixel value indicating the gas to be detected and the water vapor has a large value, for example.
  • the pixel value indicating the background portion of the gas to be detected and the water vapor in the first visible image Dm1 has a relatively small value.
  • a threshold value for discriminating the detected gas and water vapor from the background portion is derived in advance through experiments or the like performed at the design / development stage of the gas detection device 14.
  • the first image processing unit 1410 compares each pixel value constituting the first visible image Dm1 with a threshold value, and sets the value of all pixels indicating the detected gas and water vapor to, for example, one of “0” and “255”. On the other hand, the value of all pixel values indicating the background portion is set to one of the other. As a result of the above processing, as shown in the upper part of FIG. 5, the first binary value indicating the inside of the first pixel region A1 indicating the gas to be detected and the water vapor and the outside of the first pixel region A1 indicating the background portion in binary. An image Dm3 is generated.
  • the second image processing unit 1411 (CPU 142) performs binarization processing on the second visible image Dm2, and generates a second binary image Dm4.
  • This process is performed in the same manner as step S07.
  • a second binary image Dm4 is generated that shows the inside of the second pixel area A2 indicating water vapor and the outside of the second pixel area A2 indicating the background portion in binary. .
  • the third image processing unit 1412 calculates the difference between the first binary image Dm3 and the second binary image Dm4.
  • the calculated difference is the inside of the third pixel area A3 indicating the gas to be detected and the outside of the third pixel area A3 indicating the other gas.
  • the difference image Dm5 is expressed as a binary value.
  • the determination unit 1413 determines whether or not a pixel value (that is, one of “0” and “255”) indicating the detected gas exists in the difference image Dm5. If it determines with Yes, it will consider that the to-be-detected gas exists in a monitoring area
  • step S011 the display image generating unit 1414 generates a moving image Vd for display by superimposing the difference images Dm5 corresponding to the respective frames constituting the moving image V. Thereafter, the display control unit 1415 transfers the display moving image Vd to the display device 15, and the display device 15 displays the received moving image Vd. The user recognizes that the gas to be detected is leaking into the monitoring area by viewing the moving image Vd.
  • step S012 the notification sound generation unit 1416 generates the notification sound Ds, and the notification device 16 outputs the generated notification sound Ds under the control of the notification sound control unit 1417. Also by this, the user can recognize that the detection target gas is leaking into the monitoring area.
  • the CPU 142 generates binary images Dm3 and Dm4.
  • the pixel areas A1 and A2 indicating the background portion are replaced with a single value. Therefore, noise hardly occurs in the background portion of the difference image Dm5 generated based on the binary images Dm3 and Dm4.
  • the difference image Dm5 can clearly define the third pixel region A3 indicating the detected gas.
  • the CPU 142 uses the difference image Dm5 as described above in step S010, the CPU 142 can accurately determine the presence or absence of the gas to be detected.
  • the display device 15 displays the low-noise display moving image Vd.
  • the user can accurately determine the presence or absence of the gas to be detected by viewing the display moving image Vd.
  • the CPU 142 can accurately determine the presence or absence of the gas to be detected in step S010, the user can accurately determine the presence or absence of the gas to be detected based on the notification sound Ds.
  • the gas monitoring system 1A of FIG. 1 the first infrared imaging device 11, the second infrared imaging device 12, and the imaging device 13 are connected to the gas detection device 14 via a communication network. It has been described that the device 15 and the notification device 16 are built in the same housing 17. However, the present invention is not limited thereto, and as shown in FIG. 7, the gas monitoring system 1 ⁇ / b> A includes a first infrared imaging device 11, a second infrared imaging device 12, an imaging device 13, and a gas detection device in the same housing 17. 14, the display device 15, and the notification device 16 may be incorporated. In addition, as shown in FIG.
  • the gas detection device 14 is connected via all communication networks of the first infrared imaging device 11, the second infrared imaging device 12, the imaging device 13, the display device 15, and the notification device 16. It doesn't matter. In both cases of FIGS. 7 and 8, the operation and processing of each component are as described above.
  • the gas monitoring system 1 ⁇ / b> A has been described as including the second infrared imaging device 12. As described above, the second infrared imaging device 12 only needs to include the optical filter 122 having the pass wavelength band ⁇ 2 outside the absorption wavelength band ⁇ 1. Here, the pass wavelength band ⁇ 2 is not limited to the infrared wavelength range. In other words, the gas monitoring system 1 ⁇ / b> A may include a photographing device capable of photographing a visible image instead of the second infrared photographing device 12.
  • the notification device 16 has been described as a speaker that outputs the notification sound Ds as a sound.
  • the present invention is not limited to this, and the notification device 16 may notify the user that the gas to be detected is present by light or vibration.
  • the gas monitoring system 1 ⁇ / b> A has been described as including the two infrared imaging devices 11 and 12. However, a similar function can be realized with a single infrared imaging apparatus. That is, the infrared imaging device selectively switches the optical filters 112 and 122 to generate infrared moving images Vir1 and Vir2 in a time division manner and transfer them to the gas detection device 14.
  • the program P1 is not only provided by being stored in the nonvolatile memory 123, but may also be provided via a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) or a communication network.
  • a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) or a communication network.
  • the gas detection device, gas detection method, and gas detection program according to the present invention can reduce noise and are suitable for a gas monitoring system and the like.

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Abstract

ガス検出装置は、検出対象ガスの吸収波長帯域を少なくとも含む第１通過波長帯域を有する光学フィルタを用いて生成された第１画像に基づいて、前記ガスおよび水蒸気を示す第１領域の内外を二値で示す第１二値画像を生成する第１画像処理部と、前記吸収波長帯域とは異なる第２通過波長帯域を有する光学フィルタを用いて生成された第２画像に基づいて、前記水蒸気を示す第２領域の内外を二値で示す第２二値画像を生成する第２画像処理部と、前記第１二値画像と前記第２二値画像との差分を算出する第３画像処理部と、を備えている。

Description

ガス検出装置、ガス検出方法およびガス検出プログラム
　本発明は、赤外線画像を用いて、監視領域において検出すべきガス（以下、被検出ガスという）の領域を定めるガス検出装置、ガス検出方法およびガス検出プログラムに関する。
　従来、上記のようなガス検出装置としては、例えば、下記の特許文献１に記載のガス監視装置がある。
　特許文献１に記載のガス監視装置において、赤外線監視カメラは、監視領域の輻射赤外線または反射赤外線による画像を撮像し、透過スペクトルを可変できる波長可変フィルタを備える。画像処理装置は、特定の被検出ガスの吸収帯域の１つに透過ピークを持つよう波長可変フィルタを調整して撮像した画像（以下、第１画像という）と、その吸収帯域の近傍に透過率ピークを持つよう波長可変フィルタを調整して撮像した画像（以下、第２画像という）との差分を演算する。その後、画像処理装置は、監視領域の背景からの輻射赤外線または反射赤外線が被検出ガスにより吸光された画素領域をガスイメージとする差分画像を生成する。
特開２００１－３４９８２９号公報
　しかしながら、従来のガス監視装置の差分画像には、多くのノイズが現れるという問題点があった。より詳細には、波長可変フィルタの透過波長の相違により、第１画像および第２画像において背景を示す画素の値が相違することがある。さらに、赤外線監視カメラの視差やブレ等により、第１画像および第２画像に背景画像の相違が生じることもある。このような第１画像および第２画像の差分を演算すると、演算結果には、被検出ガスだけでなく、背景部分を示す画素値がノイズとなって可視化される問題点があった。
　それゆえに、本発明の目的は、ノイズを低減可能なガス検出装置、ガス検出方法およびガス検出プログラムを提供することである。
　上記目的を達成するため、本発明の第１形態は、監視領域にて検出すべきガスの吸収波長帯域を少なくとも含む波長帯域を第１通過波長帯域として有する第１光学フィルタを用いて生成された第１画像を取得する第１取得部と、前記吸収波長帯域とは異なる波長帯域を第２通過波長帯域として有する第２光学フィルタを用いて生成された第２画像を取得する第２取得部と、前記第１画像に基づいて、前記ガスおよび水蒸気を示す第１領域の内外を二値で示す第１二値画像を生成する第１画像処理部と、前記第２画像に基づいて、前記水蒸気を示す第２領域の内外を二値で示す第２二値画像を生成する第２画像処理部と、前記第１二値画像と前記第２二値画像との差分を算出する第３画像処理部と、を備えたガス検出装置に向けられる。
　また、本発明の第２形態は、監視領域において検出すべきガスの吸収波長帯域を少なくとも含む波長帯域を第１通過波長帯域として有する第１光学フィルタを用いて生成された第１画像を取得する第１取得ステップと、前記吸収波長帯域とは異なる波長帯域を第２通過波長帯域として有する第２光学フィルタを用いて生成された第２画像を取得する第２取得ステップと、前記第１画像に基づいて、前記ガスおよび水蒸気を示す第１領域の内外を二値で示す第１二値画像を生成する第１画像処理ステップと、前記第２画像に基づいて、前記水蒸気を示す第２領域の内外を二値で示す第２二値画像を生成する第２画像処理ステップと、前記第１二値画像と前記第２二値画像との差分を算出する第３画像処理ステップと、を備えたガス検出方法に向けられる。
　また、本発明の第３形態は、監視領域において検出すべきガスの吸収波長帯域を少なくとも含む波長帯域を第１通過波長帯域として有する第１光学フィルタを用いて生成された第１画像を取得する第１取得部、前記吸収波長帯域とは異なる波長帯域を第２通過波長帯域として有する第２光学フィルタを用いて生成された第２画像を取得する第２取得部、前記第１画像に基づいて、前記ガスおよび水蒸気を示す第１領域の内外を二値で示す第１二値画像を生成する第１画像処理部、前記第２画像に基づいて、前記水蒸気を示す第２領域の内外を二値で示す第２二値画像を生成する第２画像処理部、および、前記第１二値画像と前記第２二値画像との差分を算出する第３画像処理部として、コンピュータを機能させるためのガス検出プログラムに向けられる。
　上記各形態によれば、ノイズを低減可能なガス検出装置、ガス検出方法およびガス検出プログラムを提供することができる。
本発明の一実施形態に係るガス検出装置の応用例であるガス監視システムのハードウェア構成を示す図である。 図１のコンピュータ装置の機能ブロック図である。 第１実施形態に係るガスモニタの動作を示すフロー図であって、第１実施形態に係るガス可視化方法およびガス可視化プログラムの手順を示すフロー図である。 第１可視画像および第２可視画像を示す図である。 第１二値画像および第２二値画像を示す図である。 差分画像を示す図である。 第１変形例に係るガス監視システムのハードウェア構成を示す図である。 第２変形例に係るガス監視システムのハードウェア構成を示す図である。
≪１．第１実施形態≫
　以下、上記図面を参照して、本発明の一実施形態に係るガス検出装置、ガス検出方法およびガス検出プログラムを応用したガス監視システム１Ａを詳説する。
≪１－１．ガス監視システムの構成例≫
　図１において、ガス監視システム１Ａは、第１赤外線撮影装置１１と、第２赤外線撮影装置１２と、撮影装置１３と、ガス検出装置１４と、表示装置１５と、報知装置１６と、を備えている。本実施形態では、ガス検出装置１４と、表示装置１５と、報知装置１６とが同一筐体１７内に収容され、第１赤外線撮影装置１１と、第２赤外線撮影装置１２と、撮影装置１３とは、ガス検出装置１４に通信ネットワーク、有線伝送路および無線リンクのいずれかを介して接続される。
　赤外線撮影装置１１，１２は、肉眼では見えないガス（以下、被検出ガスという）の漏れを監視すべき領域（以下、監視領域という）を見通せる位置に設置される。赤外線撮影装置１１，１２は、視差を小さくするため、互いに隣り合うように設置されることが好ましい。赤外線撮影装置１１，１２は、赤外線光学系１１１，１２１と、光学フィルタ１１２，１２２と、エリアイメージセンサ（二次元イメージセンサ）１１３，１２３と、信号処理部１１４，１２４と、を備えている。
　赤外線光学系１１１，１２１には、被写体となる監視領域から放射された赤外線ＩＲ０１，ＩＲ０２を、エリアイメージセンサ１１３,１２３に結像させるために、光学フィルタ１１２，１２２に出射する。
　光学フィルタ１１２は、赤外線光学系１１１とエリアイメージセンサ１１３の間の光路上に配置され、被検出ガスの吸収波長帯域を少なくとも含む波長帯域を第１通過波長帯域λ１として有する。光学フィルタ１１２は、赤外線光学系１１１を通過した赤外線ＩＲ０１のうち、第１通過波長帯域λ１に含まれる赤外線ＩＲ１１を通過させる。ここで、赤外線ＩＲ０１が被検出ガスを通過していると、被検出ガスの吸収波長帯域の成分は光学フィルタ１１２には入射されない。逆に、被検出ガスが監視領域に存在しなければ、赤外線ＩＲ０１は被検出ガスの吸収波長帯域の成分を含む。吸収波長帯域の成分の有無に基づき、ガス監視システム１Ａは、被検出ガスの有無を検知する。例えば、第１通過波長帯域λ１を３．２μｍ～３．４μｍの中波長域とすると、表１の上段右側に記載のガスが検知可能となる。また、第１通過波長帯域λ１を長波長域とすると、表１の下段右側に記載のガスが検知可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　光学フィルタ１２２は、赤外線光学系１２１とエリアイメージセンサ１２３の間の光路上に配置され、赤外線光学系１２１を通過した赤外線ＩＲ０２のうち、第２通過波長帯域λ２に含まれる赤外線ＩＲ１２を通過させる。ここで、第２通過波長帯域λ２は、第１通過波長帯域λ１外に設定される。好ましくは、第２通過波長帯域λ２は、第１通過波長帯域λ１とオーバーラップする事無く隣接する。例えば、第１通過波長帯域λ１が３．２μｍ～３．４μｍの範囲とすると、第２通過波長帯域λ２は３．５μｍ～３．７μｍの範囲に設定される。また、第１通過波長帯域λ１が１０μｍ～１１μｍの範囲とすると、第２通過波長帯域λ２は１２μｍ～１３μｍの範囲に設定される。
　エリアイメージセンサ１１３，１２３は、光学フィルタ１１２，１２２を通過した赤外線ＩＲ１１，ＩＲ１２に対し光電変換を行って、監視領域の赤外線画像（熱画像）を表すアナログの電気信号ＡＳ１，ＡＳ２を生成し出力する。エリアイメージセンサ１１３，１２３の動作原理および素材は、第１通過波長帯域λ１に応じて適切に選ばれる。具体的には、第１通過波長帯域λ１が３．２μｍ～３．４μｍであれば、冷却型アンチモン化インジウムイメージセンサ等が使用され、第１通過波長帯域λ１が１０μｍ～１１μｍであれば、冷却型ＱＷＩＰ（量子井戸型赤外線検知素子）等が使用される。
　なお、以下では、被検出ガスはメタンであるとして説明を続ける。
　信号処理部１１４，１２４は、エリアイメージセンサ１１３，１２３からアナログ信号ＡＳ１，ＡＳ２を受信し、デジタル信号に変換して赤外線動画Ｖｉｒ１，Ｖｉｒ２を生成する。なお、信号処理部１１４，１２４は、必要に応じて周知の画像処理を行うこともある。信号処理部１１４，１２４は、生成した赤外線動画Ｖｉｒ１，Ｖｉｒ２を、所定のフレームレートでガス検出装置１４に、通信ネットワークを介して順次出力する。ここで、赤外線動画Ｖｉｒ１，Ｖｉｒ２は、第１赤外線画像および第２赤外線画像の一例であり、監視領域から放射される赤外線エネルギーを例えば２５６諧調のグレースケールで表す。
　撮影装置１３は、監視領域を見通せる位置に、赤外線撮影装置１１，１２と近接するよう設置される。撮影装置１３は、監視領域を表す可視画像フレームで構成される動画Ｖ（または静止画）を撮影して、通信ネットワーク等を介してガス検出装置１４に転送する。
　ガス検出装置１４は、通信部１４１と、コンピュータ装置の典型例としてのＣＰＵ１４２と、不揮発性メモリ１４３と、メインメモリ１４４と、を備えている。
　通信部１４１は、ガス検出装置１４と他装置１１，１２，１３，１５，１６との通信インタフェイスである。
　ＣＰＵ１４２は、不揮発性メモリ１４３に予め格納されているプログラムＰ１を、メインメモリ１４４を作業領域として用いて実行する。これにより、ＣＰＵ１４２は、図２に示すように、第１取得部１４５、第２取得部１４６、第３取得部１４７、第４画像処理部１４８、第５画像処理部１４９、第１画像処理部１４１０、第２画像処理部１４１１、第３画像処理部１４１２、判定部１４１３、表示画像生成部１４１４、表示制御部１４１５、報知音生成部１４１６および報知制御部１４１７として機能する。
　表示装置１５は、例えば液晶ディプレイであって、ガス検出装置１４で生成された表示画像Ｖｄを表示する。
　報知装置１６は、例えばスピーカであって、ガス検出装置１４で生成された報知音Ｄｓを出力する。
≪１－２．ガス監視システムの動作≫
　次に、図３等を参照して、ガス監視システム１Ａの動作、特に、ガス検出装置１４の動作を重点的に説明する。
　まず、図３のステップＳ０１において、ガス検出装置１４の通信部１４１には、赤外線動画Ｖｉｒ１，Ｖｉｒ２，動画Ｖを構成する各フレームが順次転送されてくる。
　次のステップＳ０２，Ｓ０３において、第１取得部１４５および第２取得部１４６（ＣＰＵ１４２）は、通信部１４１に転送されてきた赤外線動画Ｖｉｒ１，Ｖｉｒ２をフレーム単位でメインメモリ１４４へ順次格納する。このようにして取得部１４５，１４６は赤外線動画Ｖｉｒ１，Ｖｉｒ２を取得する。
　次のステップＳ０４において、第３取得部１４７は、動画Ｖをフレーム単位でメインメモリ１４４に順次格納する。
　次のステップＳ０５において、第４画像処理部１４８（ＣＰＵ１４２）は、背景差分法またはオプティカルフロー法により、赤外線動画Ｖｉｒ１を構成する各フレームから動体を検出して、第１可視画像Ｄｍ１を生成する。
　背景差分法では、監視領域に被検出ガスおよび水蒸気が存在しない状態で赤外線撮影装置１１により撮影された第１基準画像が予め不揮発性メモリ１４３等に格納される。第４画像処理部１４８は、赤外線動画Ｖｉｒ１を構成する各フレームと第１基準画像との差分を算出することで、監視領域内の動体を可視化した第１可視画像Ｄｍ１を生成する。ここで、光学フィルタ１２１は、被検出ガスの吸収波長帯域を含む第１通過波長帯域λ１を有するため、監視領域に被検出ガスが存在すれば、第１可視画像Ｄｍ１には、図４上段に示すように、被検出ガスが動体として可視化される。また、水蒸気は、背景から放射された赤外線を一部吸収するが、水蒸気の温度等で決まる広帯域な赤外線を再放射する。従って、水蒸気が存在する場合、光学フィルタ１２１は、水蒸気が放射した赤外線のうち、自身の通過波長帯域に含まれる赤外線を通過させる。従って、第１可視画像Ｄｍ１には、水蒸気も動体として可視化される。
　オプティカルフロー法では、第４画像処理部１４８は、赤外線動画Ｖｉｒ１を構成する複数フレームを用いて、監視領域内の動体の動きをベクトルで推定する。よって、上述と同様、監視領域に被検出ガスや水蒸気が存在すれば、これらは動体として第１可視画像Ｄｍ１に可視化される。
　次のステップＳ０６において、第５画像処理部１４９（ＣＰＵ１４２）は、第４画像処理部１４８と同様の手法により、赤外線動画Ｖｉｒ２を構成する各フレームから動体を検出して、第２可視画像Ｄｍ２を生成する。ここで、赤外線動画Ｖｉｒ２は、通過波長帯域λ２を有する光学フィルタ１２２を使って生成される。従って、監視領域に被検出ガスが存在していても、第２可視画像Ｄｍ２には、図４下段に示すように、被検出ガスは動体として可視化されない。しかし、水蒸気は、上記と同様の理由で、第２可視画像Ｄｍ２にも可視化される。
　なお、ステップＳ０５，Ｓ０６では、高温の水蒸気または低温の水蒸気に対応すべく、差分の絶対値が算出されることが好ましい。
　次のステップＳ０７において、第１画像処理部１４１０（ＣＰＵ１４２）は、第１可視画像Ｄｍ１に対し二値化処理を行って、第１二値画像Ｄｍ３を生成する。具体的には、第１可視画像Ｄｍ１において、被検出ガスおよび水蒸気を示す画素値は、例えば大きな値を有する。それに対し、第１可視画像Ｄｍ１は、背景差分法等で生成されるため、第１可視画像Ｄｍ１において、被検出ガスおよび水蒸気の背景部分を示す画素値は相対的に小さな値を有する。プログラムＰ１には、本ガス検出装置１４の設計・開発段階で行われた実験等により、被検出ガスおよび水蒸気と、背景部分とを識別するための閾値が予め導出されている。第１画像処理部１４１０は、第１可視画像Ｄｍ１を構成する各画素値を閾値と比較して、被検出ガスおよび水蒸気を示す全画素の値を、例えば「０」および「２５５」のいずれか一方に、背景部分を示す全画素値の値をいずれか他方に設定する。以上の処理により、図５上段に示すように、被検出ガスおよび水蒸気を示す第１画素領域Ａ１の内部と、背景部分を示す第１画素領域Ａ１の外部とを二値で示す第１二値画像Ｄｍ３が生成される。
　次のステップＳ０８において、第２画像処理部１４１１（ＣＰＵ１４２）は、第２可視画像Ｄｍ２に対し二値化処理を行って、第２二値画像Ｄｍ４を生成する。この処理は、ステップＳ０７と同じ要領で行われる。その結果、図５下段に示すように、水蒸気を示す第２画素領域Ａ２の内部と、背景部分を示す第２画素領域Ａ２の外部とを二値で示す第２二値画像Ｄｍ４が生成される。
　次のステップＳ０９において、第３画像処理部１４１２（ＣＰＵ１４２）は、第１二値画像Ｄｍ３と第２二値画像Ｄｍ４との差分を算出する。被検出ガスが監視領域内に存在する場合、算出された差分は、図６に示すように、被検出ガスを示す第３画素領域Ａ３の内部と、それ以外を示す第３画素領域Ａ３の外部とを二値で示す差分画像Ｄｍ５となる。
　次のステップＳ０１０において、判定部１４１３は、差分画像Ｄｍ５に、被検出ガスを示す画素値（即ち、「０」および「２５５」のいずれか一方）が存在するか否かを判定する。Ｙｅｓと判定すると、監視領域に被検出ガスが存在するとみなし、ステップＳ０１０，Ｓ０１１を行う。それに対し、Ｎｏと判定すると、判定部１４１３は、被検出ガスが存在しないとみなし、ステップＳ０１０，Ｓ０１１を実行する事無く、Ｓ０１に戻る。
　ステップＳ０１１において、表示画像生成部１４１４は、動画Ｖを構成する各フレームに対応する差分画像Ｄｍ５を重畳して、表示用の動画Ｖｄを生成する。その後、表示制御部１４１５は、表示用動画Ｖｄを表示装置１５に転送し、表示装置１５は、受け取った動画Ｖｄを表示する。ユーザは、動画Ｖｄを観視することで、監視領域に被検出ガスが漏れていることを認識する。
　また、ステップＳ０１２では、報知音生成部１４１６は報知音Ｄｓを生成し、報知装置１６は、報知音制御部１４１７の制御下で、生成された報知音Ｄｓを出力する。これによっても、ユーザは、監視領域に被検出ガスが漏れていることを認識することが出来る。
≪１－３．効果≫
　以上の通り、ステップＳ０７，Ｓ０８において、ＣＰＵ１４２は、二値画像Ｄｍ３，Ｄｍ４を生成する。二値画像Ｄｍ３，Ｄｍ４においては、背景部分を示す画素領域Ａ１，Ａ２が単一の値に置換される。従って、かかる二値画像Ｄｍ３，Ｄｍ４に基づき生成される差分画像Ｄｍ５の背景部分にはノイズが生じにくくなる。換言すると、差分画像Ｄｍ５は、被検出ガスを示す第３画素領域Ａ３を明確に定義することが出来る。
　また、ＣＰＵ１４２は、ステップＳ０１０において、以上のような差分画像Ｄｍ５を用いるため、被検出ガスの有無を正確に判定することが出来る。
　また、ＣＰＵ１４２は、ステップＳ０１１において、差分画像Ｄｍ５を動画Ｖに重畳するため、表示装置１５には、低ノイズの表示用動画Ｖｄが表示される。これによって、ユーザは、表示用動画Ｖｄを観視することで、被検出ガスの有無を正確に判定すること出来る。
　また、ＣＰＵ１４２は、ステップＳ０１０において被検出ガスの有無を正確に判定出来るので、ユーザは、報知音Ｄｓによっても、被検出ガスの有無を正確に判定出来る。
≪１－４．変形例≫
　図１のガス監視システム１Ａでは、第１赤外線撮影装置１１、第２赤外線撮影装置１２および撮影装置１３は、通信ネットワークを介してガス検出装置１４と接続されており、ガス検出装置１４と、表示装置１５と、報知装置１６とが同一筐体１７に内蔵されるとして説明した。しかし、これに限らず、図７に示すように、ガス監視システム１Ａは、同一筐体１７に、第１赤外線撮影装置１１と、第２赤外線撮影装置１２と、撮影装置１３と、ガス検出装置１４と、表示装置１５と、報知装置１６とを内蔵しても構わない。また、図８に示すように、ガス検出装置１４が、第１赤外線撮影装置１１、第２赤外線撮影装置１２、撮影装置１３、表示装置１５および報知装置１６のすべての通信ネットワークを介して接続されても構わない。なお、図７および図８のいずれの場合においても、各構成の動作や処理は上述の通りである。
≪１－５．付記１≫
　上記実施形態では、ガス監視システム１Ａは第２赤外線撮影装置１２を備えるとして説明した。第２赤外線撮影装置１２は、前述の通り、吸収波長帯域λ１外の通過波長帯域λ２を有する光学フィルタ１２２を備えていればよい。ここで、通過波長帯域λ２は赤外線の波長域に限定されない。換言すると、ガス監視システム１Ａは、第２赤外線撮影装置１２の代わりに可視画像を撮影可能な撮影装置を備えていても良い。
≪１－６．付記２≫
　上記実施形態では、報知装置１６は、報知音Ｄｓを音声出力するスピーカであるとして説明した。しかし、これに限らず、報知装置１６は、光や振動で、被検出ガスが存在することをユーザに報知しても構わない。
≪１－７．付記３≫
　上記実施形態では、ガス監視システム１Ａは、２台の赤外線撮影装置１１，１２を備えるとして説明した。しかし、類似の機能を１台の赤外線撮影装置でも実現可能である。即ち、この赤外線撮影装置は、光学フィルタ１１２および１２２を選択的に切り替えて、時分割で赤外線動画Ｖｉｒ１，Ｖｉｒ２を生成して、ガス検出装置１４に転送する。
≪１－８．付記４≫
　また、上記プログラムＰ１は、不揮発性メモリ１２３に格納されて提供されるだけでなく、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）等の記録媒体や通信ネットワークを介して提供されても構わない。
　２０１６年１月２１日出願の特願２０１６－００９８８５の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本発明に係るガス検出装置、ガス検出方法およびガス検出プログラムは、ノイズを低減可能であり、ガス監視システム等に好適である。
　１Ａ　ガス監視システム
　１１　第１赤外線撮影装置
　１２　第２赤外線撮影装置
　１３　撮影装置
　１４　ガス検出装置
　１４２　コンピュータ装置（ＣＰＵ）
　Ｐ１　プログラム
　１４５　第１取得部
　１４６　第２取得部
　１４１０　第１画像処理部
　１４１１　第２画像処理部
　１４１２　第３画像処理部
　１４１３　判定部
　１５　表示装置
　１６　報知装置

Claims (7)

  1. 　監視領域にて検出すべきガスの吸収波長帯域を少なくとも含む波長帯域を第１通過波長帯域として有する第１光学フィルタを用いて生成された第１画像を取得する第１取得部と、
    　前記吸収波長帯域とは異なる波長帯域を第２通過波長帯域として有する第２光学フィルタを用いて生成された第２画像を取得する第２取得部と、
    　前記第１画像に基づいて、前記ガスおよび水蒸気を示す第１領域の内外を二値で示す第１二値画像を生成する第１画像処理部と、
    　前記第２画像に基づいて、前記水蒸気を示す第２領域の内外を二値で示す第２二値画像を生成する第２画像処理部と、
    　前記第１二値画像と前記第２二値画像との差分を算出する第３画像処理部と、を備えたガス検出装置。
  2. 　前記差分に基づいて、前記監視領域における前記ガスの有無を判定する判定部を、さらに備えた請求項１に記載のガス検出装置。
  3. 　前記ガスが示す第３領域を前記差分に基づき可視化した表示画像を表示する表示装置を、さらに備えた請求項１または２に記載のガス検出装置。
  4. 　前記差分に基づき、前記監視領域内に前記ガスが存在することを報知する報知装置を、さらに備えた請求項１～３のいずれかに記載のガス検出装置。
  5. 　前記第１画像処理部および前記第２画像処理部は、背景差分法およびオプティカルフロー法のいずれかに基づき、前記第１領域および前記第２領域を画定する、請求項１～４のいずれかに記載のガス検出装置。
  6. 　監視領域において検出すべきガスの吸収波長帯域を少なくとも含む波長帯域を第１通過波長帯域として有する第１光学フィルタを用いて生成された第１画像を取得する第１取得ステップと、
    　前記吸収波長帯域とは異なる波長帯域を第２通過波長帯域として有する第２光学フィルタを用いて生成された第２画像を取得する第２取得ステップと、
    　前記第１画像に基づいて、前記ガスおよび水蒸気を示す第１領域の内外を二値で示す第１二値画像を生成する第１画像処理ステップと、
    　前記第２画像に基づいて、前記水蒸気を示す第２領域の内外を二値で示す第２二値画像を生成する第２画像処理ステップと、
    　前記第１二値画像と前記第２二値画像との差分を算出する第３画像処理ステップと、を備えたガス検出方法。
  7. 　監視領域において検出すべきガスの吸収波長帯域を少なくとも含む波長帯域を第１通過波長帯域として有する第１光学フィルタを用いて生成された第１画像を取得する第１取得部、
    　前記吸収波長帯域とは異なる波長帯域を第２通過波長帯域として有する第２光学フィルタを用いて生成された第２画像を取得する第２取得部、
    　前記第１画像に基づいて、前記ガスおよび水蒸気を示す第１領域の内外を二値で示す第１二値画像を生成する第１画像処理部、
    　前記第２画像に基づいて、前記水蒸気を示す第２領域の内外を二値で示す第２二値画像を生成する第２画像処理部、および、
    　前記第１二値画像と前記第２二値画像との差分を算出する第３画像処理部として、コンピュータを機能させるためのガス検出プログラム。
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