WO2019044898A1 - ガス検知システム - Google Patents

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WO2019044898A1
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神誠
浅野基広
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コニカミノルタ株式会社
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/48—Thermography; Techniques using wholly visual means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G—PHYSICS
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    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
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    • G08B17/117—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means by using a detection device for specific gases, e.g. combustion products, produced by the fire
    • G—PHYSICS
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    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
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    • G08B21/12—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to undesired emission of substances, e.g. pollution alarms
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    • G—PHYSICS
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast

Definitions

  • the present invention relates to a gas detection system for detecting a gas leak in a plant, a power plant, a gas storage / refining facility and other facilities handling gas.
  • Patent Document 1 As a protective case for surveillance cameras, one that generates wind and blows off when it detects raindrops adhering to the window of the protective case is known (Patent Document 1).
  • the temperature of the human body In the case of rainfall, the temperature of the human body may be lower than the ambient temperature as a living body recognition apparatus for discriminating a human body by an infrared camera, in which case it is known to perform human detection by reversing luminance.
  • Patent Document 2 Furthermore, an image sensor used in a security system or the like, which distinguishes an intruder from rain by comparing three images of continuous frames has been known (Patent Document 3).
  • the device of Patent Document 1 is for removing raindrops adhering to the window, and it is impossible to distinguish the thing that the rain falling on the piping of the plant is heated there and turned into water vapor from the gas to be monitored.
  • the device of Patent Document 2 performs person detection under the condition that the temperature difference is small, and it is not possible to distinguish one whose rain has turned into water vapor from the gas to be monitored.
  • the device of Patent Document 3 distinguishes an intruder from rain by image processing, and it is impossible to distinguish one from which rain has turned into water vapor from a gas to be monitored.
  • FIG. 2A is a block diagram for explaining the circuit structure of the system shown in FIG. 1
  • FIG. 2B is a block diagram for explaining a user terminal. It is a figure explaining the imaging range by a gas detection system. It is a figure explaining the imaging
  • FIG. 7A illustrates waveform data of the difference between the original data and the low frequency average value
  • FIG. 7B illustrates waveform data of a difference between the original data and the high frequency average value.
  • FIG. 7A illustrates waveform data of the difference between the original data and the low frequency average value
  • FIG. 7B illustrates waveform data of a difference between the original data and the high frequency average value.
  • FIG. 7A illustrates waveform data of the difference between the original data and the low frequency average value
  • FIG. 7B illustrates waveform
  • FIG. 8A shows the standard deviation calculated with a predetermined time width for the two types of waveforms in FIGS. 7A and 7B
  • FIG. 8B is the difference between the two standard deviations shown in FIG. 8A
  • FIG. 9A is an image showing a state before gas generation obtained by the gas region extraction process
  • FIG. 9B is an image showing a state after gas generation obtained by the same process. It is a figure explaining the algorithm for gas state determination.
  • FIG. 11A exemplifies creation of a cumulative appearance region image of a gas candidate
  • FIG. 11B exemplifies calculation of a rectangular region of the gas candidate. It is a figure explaining the modification of the gas detection system shown in FIG. It is a figure explaining another modification of the gas detection system shown in FIG.
  • the gas detection system 100 includes an infrared camera 21, a drive circuit unit 26, a housing 27, a gantry unit 28, a rainfall detection unit 71, and a user terminal 72.
  • the main body 100 a of the gas detection system 100 excluding the user terminal 72 is installed outdoors, for example, and used in a state of being exposed to wind and rain.
  • the infrared camera 21 includes an infrared lens 21a which is an imaging system for infrared, an infrared sensor unit 21b for detecting an infrared image by the infrared lens 21a, and a cooling device 21c for cooling the infrared sensor unit 21b. And a shielding container 21d for housing the infrared lens 21a and the infrared sensor unit 21b.
  • the infrared lens 21a projects an infrared image of an object located in front of the infrared camera 21 in the target wavelength range onto the detection surface of the infrared sensor unit 21b.
  • the infrared sensor unit 21b is made of, for example, a light receiving element 21f such as indium antimonide (InSb), and detects an infrared image formed by the infrared lens 21a.
  • the light receiving element 21f is housed in the heat insulating container 21i.
  • the cooling device 21c is, for example, a Stirling cooler, and cools the light receiving element 21f and the like to, for example, about -200.degree.
  • the shielding container 21d prevents the temperature in the infrared sensor unit 21b from greatly fluctuating due to the heat flowing from the outside, and prevents the non-regular light from being incident on the infrared lens 21a or the like.
  • the light receiving element 21f is cooled as described above and used as a cooling sensor. That is, the infrared camera 21 has a cooling sensor including an image pickup element used in a cooled state, and photographs a wavelength of 3 to 5 ⁇ m band.
  • the 3 to 5 ⁇ m band (middle infrared)
  • absorption wavelength bands of various hydrocarbon substances such as methane, which are desirable wavelengths for detecting a gas to be monitored.
  • the absorption wavelength bands specific to hydrocarbon-based substances such as methane, ethane, propane and butane are concentrated in the middle infrared band or in the vicinity of the 3 to 5 ⁇ m band, and it is well known that they are suitable for gas detection. It is done.
  • the heater 23 is fixed to the inside of the housing 27, and prevents the drive circuit portion 26 and the like from being excessively cooled as the infrared camera 21 is cooled, and the infrared lens 21a, the lens frame and other mechanical parts Prevents the lens from fluctuating due to temperature shift and out of focus.
  • the drive circuit unit 26 is an electric circuit unit outside the shielding container 21d and housed in the housing 27.
  • the drive circuit unit 26 causes the light receiving element 21f in the infrared sensor unit 21b to perform an image detection operation, and the cooling device 21c. It is operated to cool the light receiving element 21f to a desired temperature. Further, the drive circuit unit 26 keeps the temperature in the shielding container 21 d or the housing 27 in a predetermined range by operating the heater 23 as appropriate.
  • the housing 27 is a container for housing the infrared camera 21, the heater 23, and the drive circuit unit 26, and has a transmission window 27a for taking in infrared measurement light which is the external light L0.
  • the transmission window 27 a prevents dust and water droplets from entering the housing 27.
  • the transmission window 27a has transmission characteristics according to the type of gas such as an organic gas to be detected, and takes in infrared external light or measurement light L0 in a desired wavelength range into the housing 27.
  • the drive circuit unit 26 controls the operation of the gas detection system 100 in a centralized manner, and causes the infrared camera 21 to perform an imaging operation and an image obtained from the obtained image data. And an imaging circuit 21s that performs processing.
  • the control unit 80 has an input / output unit 81 which is an interface with an operator, an arithmetic processing unit 82 which performs arithmetic processing on data etc. based on a program, controls an external device, etc., external data, arithmetic processing results etc.
  • the storage unit 83 includes a storage unit 83, and a communication unit 85 that enables communication with an external device.
  • the input / output unit 81 is a part for the operator to set or adjust the operation state of the gas detection system 100, and visually notifies the operator of the operation state of the gas detection system 100.
  • the arithmetic processing unit 82 includes an arithmetic unit such as a central processing unit (CPU) and an attached circuit such as an interface circuit, and executes an infrared image imaging program. At this time, the arithmetic processing unit 82 monitors the operation state of the cooling device 21 c and the heater 23. In addition, the arithmetic processing unit 82 functions as a determination unit, and a gaseous subject is captured in an image captured by the infrared camera 21 based on infrared image data captured from the light receiving element 21 f via the imaging circuit 21 s. It is determined whether the gaseous subject is gas or not on the basis of the state of the gaseous subject, rainfall information, and the like.
  • CPU central processing unit
  • an attached circuit such as an interface circuit
  • the arithmetic processing unit 82 as a region setting unit, allows the user to set a predetermined region for gas determination in the imaging region via the input / output unit 81. As a result, it is possible to set a predetermined area so as to avoid the high temperature part that may generate steam due to rain or the discharged steam, and change of facilities such as piping of a target facility where the gas detection system 100 is installed It becomes possible to respond flexibly to situations such as operating conditions, and the reliability of gas detection can be improved.
  • the arithmetic processing unit 82 receives, as a temperature information notification unit, information on the temperature change of the facility corresponding to the excluded area stored in the storage unit 83 from the facility management device 200.
  • the storage unit 83 holds programs and data for causing the control unit 80 and the gas detection system 100 to perform desired operations.
  • the storage unit 83 holds data for detecting a gaseous object.
  • the storage unit 83 has a role of storing, in advance, an excluded area which becomes hot in the imaging area by the infrared camera 21.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining an imaging range or an observation range by the gas detection system 100.
  • the infrared camera 21 of the gas detection system 100 has an imaging range within the angle of view ⁇ , and an infrared image of a building 2a of a facility, an incidental facility 2b, or the like as a subject 2 within the angle of view ⁇ Are taken.
  • the ancillary equipment 2b includes piping and the like.
  • the subject 2 in the shooting range includes a gas source that may leak gas, and when there is gas leakage to a certain degree or more, a gaseous subject 2d appears in the image taken by the infrared camera 21. It will be included. However, not all gaseous subjects 2d are the monitoring target gas.
  • FIG. 4 illustrates the imaging area and the setting of the predetermined area by the infrared camera 21.
  • the infrared camera 21 has an imaging area IA set so as to include a gas detection target.
  • a gaseous subject 2d in a partial area that is, a predetermined area A0
  • the predetermined area A0 is an area for monitoring a gas
  • an infrared image of the building 2a, the incidental facility 2b, and the like is photographed by the infrared camera 21.
  • the rainfall detection unit 71 is fixed to the upper surface of the housing 27 in which the infrared camera 21 is housed.
  • the rain detection unit 71 is a device that can detect rain, such as a rain detector and a rain gauge. By disposing the rain detection unit 71 in the vicinity of the infrared camera 21, the weather at the time of shooting of the imaging target can be reliably grasped, and the possibility of water vapor generation from the high heat portion in the imaging region is relatively accurate It can be judged.
  • the rain detector electrically detects, for example, that electrodes such as raindrops and snow flakes drip and adhere to a comb-like electrode plate to cause a short circuit of the electrodes.
  • the user terminal 72 has an input / output unit 91 which is an interface with the operator, an operation processing unit 92 which performs operation processing on data etc. based on a program, external data, operation processing result And the like, and a communication unit 95 that enables communication with an external device.
  • the arithmetic processing unit 92 can perform the same processing relating to gas detection instead of the arithmetic processing unit 82 provided in the control unit 80 of the main body 100 a.
  • the storage unit 93 holds a program and data for causing the user terminal 72 to perform a desired operation. The operator can remotely operate the main body 100a of the gas detection system 100 to monitor its operating condition or check the captured image.
  • the arithmetic processing unit 82 detects the gaseous object as a gas when the gaseous object appears in the exclusion region A2 corresponding to the high temperature object in the photographed image. It is not determined that (Y in step S15). Thereby, the water vapor evaporated in the high temperature part can be removed as noise.
  • the arithmetic processing unit 82 causes the gaseous subject to be captured in the previously stored exclusion area A1a in the photographed image. This gaseous subject is not determined to be gas (Y in step S16).
  • the exclusion zone A1a corresponding to the constant high temperature part can be grasped in advance, the gas to be monitored can be detected in the area excluding the exclusion zone A1a, and the distinction between the gas to be monitored and the water vapor becomes reliable.
  • the arithmetic processing unit 82 causes the gaseous subject to be captured in the prestored exclusion area A1b in the photographed image. It is determined whether the detection location and detection timing of the gaseous object coincide with the location and timing notified from the facility management device 200 (step S17). If the location and timing match, this gaseous subject is not determined to be gas (Y in step S17).
  • step S21 gas detection is notified (step S21).
  • the notification of the gas detection can generate an alarm via the input / output unit 81 of the control unit 80 or the display or the speaker of the user terminal 72.
  • the notification of gas detection can also carry out coloring display of the gas generation area
  • notification of gas detection can be performed from the gas detection system 100 to the facility management device 200 as well. If the gaseous subject is not determined to be gas (eg, Y in step S15), gas non-detection processing is performed (step S22), for example, when the gaseous subject appears in the exclusion region A2.
  • the gas non-detection state in which no gas is detected is displayed on the input / output unit 81 of the control unit 80 or the display of the user terminal 72.
  • the indication of the non-gas detection state is not essential.
  • the arithmetic processing unit 82 first performs low frequency extraction time averaging (step S41) and high frequency extraction time averaging (step S51).
  • the low frequency extraction time averaging is for creating data corresponding to a background temperature change, and averaging is performed 21 frames before and after a specific time in a captured infrared video image.
  • the high frequency extraction time averaging is for obtaining a signal component, and is averaged three frames before and after a specific time in an infrared video image.
  • the arithmetic processing unit 82 obtains the difference between the low-frequency average value and the low-frequency average value (step S42) and obtains the difference between the high-frequency average value and the non-averaged original data Step S52).
  • FIG. 7A shows a waveform in which gas and high frequency noise components such as sensor noise are added
  • FIG. 7B shows a waveform of only high frequency noise such as sensor noise.
  • the noise components of both waveforms do not necessarily have a perfect correlation, the noise components can not be removed even if the differences in the waveforms of FIGS. 7A and 7B are taken.
  • FIG. 9A is an image obtained by the above-described process, and shows a state before gas is generated. Further, FIG. 9B is an image obtained by the same processing, and shows a state after generation of gas. It can be seen that the gas image appears in the center of the screen.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an algorithm for gas state determination in step S13 shown in FIG.
  • the gas which continues to be emitted steadily from substantially the same position is distinguished from the flowing gaseous matter such as steam. Therefore, the difference value of the standard deviation as shown in FIG. 8B is held for a predetermined period (corresponding to 150 frames in 5 seconds in this example), and the maximum value of each pixel is taken (step S71).
  • the accumulated appearance area image of the candidate gas candidate is created (step S72). At this time, the accumulated appearance area image is binarized as illustrated in FIG. 11B to calculate a rectangular area (white solid line) of the gas candidate. As described above, it is possible to leave in which region of the image the data of the gas candidate has appeared.
  • step S73 in order to determine whether or not the 5-second data has been constantly output from the leak source, pixel-by-pixel for the 5-second cumulative appearance area image of the 5-second period and the 5-second period before and after the target period.
  • a common area is calculated by taking the minimum value of a total of three images (step S73). As a result of this processing, the common area is small if the change every 5 seconds is large, and the common area is calculated large if the part is constantly appearing at the same place.
  • step S74 binarization and other processing are performed on the 5-second cumulative appearance area image obtained in step S72 and the common area image obtained in step S73, and pixels in the gas candidate rectangular area (solid line) If the ratio of the numbers is equal to or higher than the threshold (for example, 30%), it is determined that the gas does not change significantly and continues to be constantly emitted from the leakage source (step S74). Note that this determination may be made only by determining whether the number of pixels of the common area image obtained in step S73 is a predetermined number or more.
  • the predetermined area A0 is at least one or more partial areas in the image captured by the infrared camera 21 or in the imaging area IA. Even if a gaseous subject appears in the image, it is judged that it is not a gas, so rain, snow, etc., which have fallen to the high temperature part 3 such as piping to flow high temperature It can prevent that it is misdetected as gas.
  • the rainfall detection unit 71 of the gas detection system 100 can be installed on the subject 2 side or the building 2 a side instead of the housing 27 side storing the infrared camera 21.
  • the rainfall detection unit 71 is electrically connected to the control unit 80 wirelessly or by wire.
  • a thermometer 74 can be installed on the subject 2 side or the building 2 a side. The thermometer 74 can be used instead of acquiring the facility information on the temperature change of the facility from the facility side management apparatus 200.
  • step S15 of FIG. 5 it is determined in the process of step S15 of FIG. 5 whether the area is the same as the high-temperature object, this may be omitted.
  • a high-temperature object may be captured while being hidden in the depth direction on the image of the camera, so water vapor may be generated even if the high-temperature object is not detected.

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Abstract

雨や雪から生じた水蒸気を監視対象のガスと区別することができるガス検知システムを提供する。ガス検知システム１００は、赤外カメラ２１と、赤外カメラ２１によって撮影した画像がガスか否かを判断する判断部である演算処理部８２と、ガス検知の対象及び周辺における降雨状態を検知する降雨検知部７１とを備え、判断部として演算処理部８２は、降雨検知部７１が降雨状態を検知した場合、赤外カメラ２１によって撮影した画像内の少なくとも１以上の部分領域にガス状の被写体が写った場合には、当該ガス状の被写体をガスでないと判断する。

Description

ガス検知システム
　本発明は、プラント、発電所、ガス貯蔵・精製施設その他のガスを扱う施設でのガス漏れを検知するガス検知システムに関するものである。
　プラント、発電所、ガス貯蔵・精製施設などでは、炭化水素系の物質、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタンなどを扱っている。これらの物質は常温で気体でありかつ引火の危険性があり取り扱いには注意を要するので、安全性を確保するために随時ガス漏れ検査が行われている。ガス自体は目に見えず、広大な施設で限られた人員で検査を行うため、近年は赤外カメラを使用したガス漏れ検査が採用されつつある。プラントなどの施設には高温の配管が随所にあるが、そこに降った雨や雪が水蒸気として蒸発することで赤外カメラの映像ではガスのように見えてしまい、本来検知しようとしているメタンガスなどと区別できないという問題がある。
　監視カメラ用の防護筐体として、防護筐体の窓に付着する雨粒を検知すると、風を起こして吹き飛ばすものが公知となっている（特許文献１）。また、赤外カメラで人体を判別する生体認識装置として、降雨の場合には人体の温度が周辺温度より低くなることがあり、その場合は輝度を反転させて人物検知を行うものが公知となっている（特許文献２）。さらに、セキュリティシステムなどで使用される画像センサーであって、連続フレームの３画像を比較することにより、侵入者と雨とを区別するものが公知となっている（特許文献３）。
　特許文献１の装置は、窓に付着する雨粒を除去するものであり、プラントの配管等に降った雨がそこで熱せられて水蒸気となったものを監視対象のガスと区別することはできない。特許文献２の装置は、温度差が少ない条件において人物検知を行うものであり、雨が水蒸気となったものを監視対象のガスと区別することはできない。特許文献３の装置は、画像処理によって侵入者と雨とを区別するものであり、雨が水蒸気となったものを監視対象のガスと区別することはできない。
特開２０００－１７１８７８９号公報 国際公開第２０１３／０４７０８８号 特開２００７－２２６６０４号公報
　本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、雨や雪から生じた水蒸気を監視対象のガスと区別することができるガス検知システムを提供することを目的とする。
　上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したガス検知システムは、赤外カメラと、赤外カメラによって撮影した画像がガスか否かを判断する判断部と、ガス検知の対象及び周辺における降雨状態を検知する降雨検知部と、を備え、判断部は、降雨検知部が降雨状態を検知した場合、赤外カメラによって撮影した画像内の少なくとも１以上の部分領域にガス状の被写体が写った場合には、当該ガス状の被写体をガスでないと判断する。
ガス検知システムの一実施形態の構造を説明する概念的な断面図である。 図２Ａは、図１に示すシステムの回路構造を説明するブロック図であり、図２Ｂは、ユーザー端末を説明するブロック図である。 ガス検知システムによる撮影範囲を説明する図である。 赤外カメラによる撮影領域と所定領域の設定とを説明する図である。 図１に示すシステムの動作を説明するフローチャートである。 ガス領域抽出のためのアルゴリズムを説明する図である。 図７Ａは、元データと低周波平均値との差分の波形データを例示し、図７Ｂは、元データと高周波平均値との差分の波形データを例示する。 図８Ａは、図７Ａ及び７Ｂの２種類の波形に対して所定の時間幅で標準偏差を算出したものであり、図８Ｂは、図８Ａに示す２つの標準偏差の差分である。 図９Ａは、ガス領域抽出処理によって得たガス発生前の状態を示す画像であり、図９Ｂは、同様の処理によって得たガス発生後の状態を示す画像である。 ガス状態判定のためのアルゴリズムを説明する図である。 図１１Ａは、ガス候補の累積出現領域画像の作成を例示し、図１１Ｂは、ガス候補の矩形領域の算出を例示する。 図１に示すガス検知システムの変形例を説明する図である。 図１に示すガス検知システムの別の変形例を説明する図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明に係るガス検知システムの一実施形態について説明する。
　図１に示すように、ガス検知システム１００は、赤外カメラ２１と、駆動回路部２６と、筐体２７と、架台部２８と、降雨検知部７１と、ユーザー端末７２とを備える。ガス検知システム１００のうちユーザー端末７２を除いた本体１００ａは、例えば屋外に設置され風雨にさらされた状態で使用される。
　赤外カメラ２１は、赤外線用の結像系である赤外レンズ２１ａと、赤外レンズ２１ａによる赤外像を検出する赤外センサーユニット２１ｂと、赤外センサーユニット２１ｂを冷却する冷却装置２１ｃと、赤外レンズ２１ａ及び赤外センサーユニット２１ｂを収納する遮蔽容器２１ｄとを備える。
　赤外カメラ２１において、赤外レンズ２１ａは、対象とする波長域において赤外カメラ２１の前方にある対象の赤外像を赤外センサーユニット２１ｂの検出面上に投影する。赤外センサーユニット２１ｂは、例えばアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）などの受光素子２１ｆからなり、赤外レンズ２１ａによって形成された赤外像を検出する。受光素子２１ｆは、遮熱容器２１ｉ内に収納されている。冷却装置２１ｃは、例えばスターリングクーラーであり、受光素子２１ｆ等を例えば－２００℃程度に冷却する。遮蔽容器２１ｄは、赤外センサーユニット２１ｂ内の温度が外部から流入する熱によって大きく変動することや、非正規光が赤外レンズ２１ａ等に入射することを防止する。
　受光素子２１ｆは、上記のように冷却されて冷却センサーとして使用されている。つまり、赤外カメラ２１は、冷却された状態で使用される撮像素子を含む冷却センサーを有し、３～５μｍ帯の波長を撮影する。３～５μｍ帯（中赤外）中にはメタン等さまざまな炭化水素系の物質の吸収波長帯があり、監視対象のガスを検知するのに望ましい波長である。メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素系物質に特有の吸収波長帯は、中赤外線域又はその近傍である３～５μｍ帯のあたりに集まっており、ガス検知に適していることはよく知られている。しかし３～５μｍ帯は、太陽からの放射される光が可視光より大幅に少なく、又、地面など周辺環境より放射される８～１４μｍ帯のいわゆる遠赤外線より大幅に少ない。冷却センサーを用いることで炭化水素系物質のわずかな光の吸収を検知することができ、炭化水素系物質の吸収が少量であっても感度良く検出することができる。また、冷却センサーを使用することで、非冷却なセンサーと比較してより高感度にガスをとらえることができる。なお、３．２～３．４μｍの波長を使用することが、Ｓ／Ｎ比が向上する観点でより望ましい。
　ヒーター２３は、筐体２７の内側に固定され、赤外カメラ２１の冷却に伴って駆動回路部２６等が過度に冷却されることを防止するとともに、赤外レンズ２１ａやレンズ枠その他のメカ部品が温度で変動しピントなどがずれることを防止する。
　駆動回路部２６は、遮蔽容器２１ｄ外であって筐体２７内に収納される電気回路ユニットであり、赤外センサーユニット２１ｂ内の受光素子２１ｆに画像検出動作を行わせるとともに、冷却装置２１ｃを動作させて受光素子２１ｆを所期の温度まで冷却する。また、駆動回路部２６は、ヒーター２３を適宜動作させることで、遮蔽容器２１ｄ内又は筐体２７内の温度を所期の範囲に保持する。
　筐体２７は、赤外カメラ２１と、ヒーター２３と、駆動回路部２６とを収納する容器であり、外光Ｌ０である赤外の測定光を取り込むための透過窓２７ａを有する。透過窓２７ａは、筐体２７内部にほこりや水滴が侵入することを防ぐ。透過窓２７ａは、検出対象である有機ガスといったガスの種類に応じた透過特性を有し、所望の波長域に亘る赤外の外光又は測定光Ｌ０を筐体２７内に取り込む。
　架台部２８は、筐体２７を支持して筐体２７の姿勢を調節可能にする。架台部２８は、パン・チルト機構を有し、筐体２７の姿勢を変化させることによって、ガス検知システム１００による観察対象つまりガス検知の対象を変化させることができる。架台部２８は、例えば駆動回路部２６の制御下で動作し、画面内における観察対象の位置又は観察ポイントを変化させることができる。
　図２Ａに示すように、駆動回路部２６は、ガス検知システム１００の動作を統括的に制御する制御部８０と、赤外カメラ２１に撮影動作を行わせるとともに得られた画像データに対して画像処理を行う撮像回路２１ｓとを含む。制御部８０は、オペレーターとのインターフェースである入出力部８１と、プログラムに基づいてデータ等に対する演算処理、外部装置の制御等を行う演算処理部８２と、外部からのデータ、演算処理結果等を保管する記憶部８３と、外部機器との通信を可能にする通信部８５とを備える。
　入出力部８１は、オペレーターがガス検知システム１００の動作状態を設定又は調整するための部分であり、ガス検知システム１００の動作状態をオペレーターに対して視覚的に報知する。
　演算処理部８２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算部、インターフェース回路等の付属回路を有しており、赤外像の撮像プログラムを実行する。この際、演算処理部８２は、冷却装置２１ｃやヒーター２３の動作状態を監視する。また、演算処理部８２は、判断部として、受光素子２１ｆから撮像回路２１ｓを介して取り込んだ赤外の画像データに基づいて、赤外カメラ２１によって撮影した画像内にガス状の被写体が写っているか否かを判断するとともに、ガス状の被写体の状態、降雨情報などに基づいてガス状の被写体がガスであるか否かを判断する。この際、受光素子２１ｆによって検出した画像データを変換して温度データを得ることができ、このような温度データを利用することで、ガス状の被写体が高温の蒸気であるか否かの判定が容易になる。つまり、高温の被写体であるか否かを、赤外カメラ２１によって撮影した画像から変換された温度データに基づいて判断することで、高温部から蒸発した水蒸気だけをノイズとして除外することが容易になる。赤外カメラ２１はその原理上、可視光のカメラとは異なり被写体の温度変化そのものを捉えるものであるので容易に温度に変換することができる。また、演算処理部８２は、領域設定部として、ユーザーが入出力部８１を介してガス判定用の所定領域を撮像領域内に設定することを許容する。これにより、雨によって水蒸気が発生する可能性のある高温部や排出される水蒸気を避けるように所定領域を設定することができ、ガス検知システム１００を設置する対象施設の配管等の設備の変更や稼働状況などの状況に柔軟に対応することが可能になり、ガス検知の信頼性を高めることができる。また、演算処理部８２は、温度情報通知部として、記憶部８３に記憶された除外領域に対応する設備の温度変化に関する情報を施設側管理装置２００から受け取る。これにより、ガス検知システム１００を設置する対象施設から高温となる除外領域での温度変化に関連する情報を事前に又は随時取得することで、水蒸気の発生を容易に判別することができる。ここで、除外領域は、雨によって水蒸気が発生しやすい場所に対応する。
　記憶部８３は、制御部８０延いてはガス検知システム１００に所期の動作を行わせるためのプログラムやデータを保持しており、例えばガス状の被写体の検出を行うためのデータを保持している。記憶部８３は、赤外カメラ２１による撮影領域のうち高温となる除外領域を予め記憶しておく役割を有する。
　図３は、ガス検知システム１００による撮影範囲又は観察範囲を説明する概念図である。ガス検知システム１００の赤外カメラ２１は、画角α内を撮影範囲としており、画角α内にある被写体２として、施設の建造物２ａ、付帯設備２ｂ等の赤外像又は高温の被写体像を撮影している。付帯設備２ｂには、配管等が含まれる。撮影範囲内の被写体２は、ガスを漏洩させる可能性のあるガス源を含み、ある程度以上のガスの漏洩があった場合、赤外カメラ２１によって撮影した画像には、ガス状の被写体２ｄが写り込むことになる。ただし、ガス状の被写体２ｄの全てが監視対象のガスであるとは限らない。例えば付帯設備２ｂが高温の蒸気や液体を流す配管のような高温部である場合、この高温部に降った雨、雪などが水蒸気となってガス状の被写体２ｄと判断される可能性がある。
　図４は、赤外カメラ２１による撮影領域と所定領域の設定とを説明する。赤外カメラ２１は、ガス検知の対象を含むように撮影領域ＩＡが設定されている。赤外カメラ２１による撮影領域ＩＡのうち、中央下にある矩形の除外領域Ａ１と、右下にある矩形の除外領域Ａ２とを除いた部分領域（つまり所定領域Ａ０）において、ガス状の被写体２ｄ（図３参照）の有無が判断される。所定領域Ａ０は、ガスを監視する領域であり、赤外カメラ２１によって建造物２ａ、付帯設備２ｂ等の赤外像が撮影される。除外領域Ａ１，Ａ２は、被写体２のうち高温となる箇所である高温部３の画像４を含んでおり、除外領域Ａ１において、例えば配管３ａの画像４ａが写っており、除外領域Ａ１において、例えば隣接設備や日光で加熱されやすい物体３ｂの画像４ｂが写っている。このような高温部３に雨、雪などが降ると、雨や雪が水蒸気５ｄとなって監視対象のガスのように写り込む。このような水蒸気５ｄが検出画像４ｄとして取り込まれ監視対象のガスとして誤検知されることを防止するため、除外領域Ａ１，Ａ２を除いた所定領域Ａ０、つまり撮影領域ＩＡの部分領域において、ガス状の被写体２ｄ（図３参照）の有無が判断される。除外領域Ａ１は、オペレーターが入出力部８１を利用して予め設定することができ、或は施設側管理装置２００から受け取った配管などの情報から設定することができる除外領域Ａ１ａと、施設側管理装置２００から設備の温度変化に関する設備情報を事前に又は随時取得することによって設定される除外領域Ａ１ｂとを含む。除外領域Ａ１又は除外領域Ａ１ａ，Ａ１ｂに関する情報は、演算処理部８２の管理下で動作する記憶部８３に保管される。除外領域Ａ２は、赤外カメラ２１による撮影画像（つまり高温の被写体）から直接判断することができる。高温部３は、固体であり、高温部３の画像４は、ガスと異なり輪郭がはっきりし、高速で揺らぐものでもないので、ガス状の被写体２ｄとは異なるものとして比較的容易に判別することができる。
　図１に戻って、降雨検知部７１は、赤外カメラ２１を収納した筐体２７の上面に固定されている。降雨検知部７１は、雨検知器、雨量計などの降雨を検知できる装置である。降雨検知部７１を赤外カメラ２１の近傍に配置することで、撮影対象の撮影時における天候を確実に把握することができ、撮影領域内の高熱部から水蒸気が発生する可能性を比較的正確に判断することができる。なお、雨検知器は、例えばくし状の電極板に雨滴や雪片等の降水が滴下し付着して電極が短絡することを電気的に検知するものである。雨量計は、受水器を用いて降水を機器内に導き、その量を測ることで降水量を求めるものである。受水器にヒーターを設けることで雪による降水も測ることができる。降雨検知部７１は、雨検知器、及び雨量計に限らず、同様な機能を持った計測器やカメラによって対象画像を取り込んで雨を抽出する画像処理を行うものであってもよい。
　図２Ｂに示すように、ユーザー端末７２は、オペレーターとのインターフェースである入出力部９１と、プログラムに基づいてデータ等に対する演算処理等を行う演算処理部９２と、外部からのデータ、演算処理結果等を保管する記憶部９３と、外部機器との通信を可能にする通信部９５とを備える。演算処理部９２は、本体１００ａの制御部８０に設けた演算処理部８２に代わってガス検知に関連する同様の処理を行うことができる。記憶部９３は、ユーザー端末７２に所期の動作を行わせるためのプログラムやデータを保持している。オペレーターは、ガス検知システム１００の本体１００ａを遠隔的に操作し、その動作状態を監視し、又は撮影した画像をチェックすることができる。
　以下、図５を参照して、図１に示すガス検知システム１００の動作について説明する。まず、制御部８０の演算処理部８２は、赤外カメラ２１による撮影画像からガス領域を抽出する（ステップＳ１１）。ガス領域が抽出された場合（ステップＳ１２でＹ）、演算処理部８２は、ガス領域についてガス状態を判定する（ステップＳ１３）。ガス状態とは、ガス領域が漏洩源から定常的に出ているガスを示すか、流されてきた蒸気等のガス状のものを示すかといった情報である。その後、演算処理部８２は、降雨検知部７１の出力に基づいて降雨の有無を確認する（ステップＳ１４）。降雨検知部７１が降雨を検知している場合、演算処理部８２は、ガス状の被写体が撮影画像内の高温物体に対応する除外領域Ａ２に写っていたときは、このガス状の被写体をガスと判断しない（ステップＳ１５でＹ）。これにより、高温部で蒸発した水蒸気をノイズとして除去することができる。除外領域Ａ２にガス状の被写体が写っていなかった場合（ステップＳ１５でＮ）、演算処理部８２は、ガス状の被写体が撮影画像内の事前記憶された除外領域Ａ１ａに写っていたときは、このガス状の被写体をガスと判断しない（ステップＳ１６でＹ）。これにより、恒常的な高温部に相当する除外領域Ａ１ａを事前に把握し、除外領域Ａ１ａを除いた領域で監視対象のガスを検知でき、監視対象のガスと水蒸気との区別が確実となる。除外領域Ａ１ａにガス状の被写体が写っていなかった場合（ステップＳ１６でＮ）、演算処理部８２は、ガス状の被写体が撮影画像内の事前記憶された除外領域Ａ１ｂに写っていたときは、ガス状の被写体の検出場所及び検出タイミングが施設側管理装置２００から通知された場所及びタイミングと一致するか否かを判定する（ステップＳ１７）。場所及びタイミングが一致する場合、このガス状の被写体をガスと判断しない（ステップＳ１７でＹ）。場所及びタイミングが一致せずガス状の被写体をガスと判断した場合（ステップＳ１７でＮ）、ガス検出を報知する（ステップＳ２１）。ガス検出の報知は、制御部８０の入出力部８１やユーザー端末７２のディスプレイやスピーカーを介して警報を発生するものとできる。また、ガス検出の報知は、ディスプレイにガス発生領域を着色表示することもできる。さらに、ガス検出の報知は、ガス検知システム１００から施設側管理装置２００に対しても行うことができる。なお、ガス状の被写体が除外領域Ａ２に写っていたときなど、ガス状の被写体をガスと判断しなかった場合（例えばステップＳ１５でＹ）は、ガス非検出処理を行う（ステップＳ２２）。ガス非検出処理では、制御部８０の入出力部８１やユーザー端末７２のディスプレイにガスを検知していない状態であるガス非検出状態を表示する。ガス非検出状態の表示は、必須のものではない。
　図６は、図５に示すステップＳ１１でのガス領域抽出のためのアルゴリズムを説明する図である。ガス領域の抽出は、ガスの出現に伴う温度変化が０．５℃に満たない程度にわずかであるため、単に温度を比較するのみでは困難であり、以下に説明する特殊な処理が必要となる。
　演算処理部８２は、最初に低周波抽出用時間平均化（ステップＳ４１）と高周波抽出用時間平均化（ステップＳ５１）とを行う。低周波抽出用時間平均化は、背景温度変化に相当するデータを作成するためのものであり、撮影された赤外のビデオ画像において特定時刻の前後２１フレームで平均化を行う。高周波抽出用時間平均化は、信号成分を得るためのものであり、赤外のビデオ画像において特定時刻の前後３フレームで平均化する。その後、演算処理部８２は、平均化を行っていない元データと低周波平均値との差分を取るとともに（ステップＳ４２）、平均化を行っていない元データと高周波平均値との差分を取る（ステップＳ５２）。次に、演算処理部８２は、ステップＳ４２で得た差分に対して対応時刻の前後２１フレームで低周波側の標準偏差を算出するとともに（ステップＳ４３）、ステップＳ５２で得た差分に対して対応時刻の前後２１フレームで高周波側の標準偏差を算出する（ステップＳ５３）。最後に、ステップＳ４３で得た低周波側の標準偏差と、ステップＳ５３で得た高周波側の標準偏差との差分を取る（ステップＳ６１）。これにより、高周波ノイズ成分を除去しつつガス状の被写体を検出することができる。
　図７Ａは、ステップＳ４２で得た元データと低周波平均値との差分の波形データを例示し、図７Ｂは、ステップＳ５２で得た元データと高周波平均値との差分の波形データを例示している。両グラフにおいて横軸は、時間を意味し、具体的には３０ｆｐｓで撮影したフレーム数を示す。図７Ａでは、第９０フレームを超えたあたりからガスに対応するピークが発生している。しかし、図７Ｂでは、非常に高周波の成分のみを取り出されている結果、ガスのゆらゆらする揺らぎ成分に相当する周波数の情報が含まれておらず、ガス噴出前後であまり変化が生じていないように見えることが分かる。すなわち、図７Ｂに示すような高周波抽出用時間平均化による処理データと元データとの差分では、センサーノイズなどの高周波だけが抽出され、ガスの抽出は困難である。言い換えると、図７Ａは、ガスとセンサーノイズなどの高周波ノイズ成分とが加算された波形を示し、図７Ｂは、センサーノイズなどの高周波ノイズのみの波形を示している。しかし、両波形のノイズ成分どうしは完全な相関があるわけではないので、図７Ａ及び７Ｂの波形のまま差分を取っても、ノイズ成分を除去することはできない。
　そこで、図８Ａに示すように、図７Ａ及び７Ｂの２種類の波形に対して、前後２１フレームで標準偏差を算出する。さらに、図８Ｂに示すように、図８Ａに示す標準偏差の差分をとることで、高周波ノイズ成分を除去することができる。すなわち、ガスの出ていない第９０フレームまでは、ほぼ０に近い値に補正でき、第９０フレームより後でガスの揺らぎに対応するピークが現れている。つまり、標準偏差を取ることにより途中で絶対値を取るような効果をもつ処理を挟むことになり、実際にノイズ成分を減算できる。以上の処理は、撮影画像の各画素について行われる。
　図９Ａは、上記のような処理によって得た画像であり、ガスが発生する前の状態を示している。また、図９Ｂは、同様の処理によって得た画像であり、ガスの発生後の状態を示している。画面中央にガスの像がクッキリ現れていることが分かる。
　図１０は、図５に示すステップＳ１３でのガス状態判定のためのアルゴリズムを説明する図である。ガス状態の判定では、略同じ位置から定常的に出続けているガスを蒸気のような流れるガス状のものと区別する。このため、図８Ｂに示すような標準偏差の差分値を決まった期間（この例では５秒間、１５０フレーム相当）保持し、各画素の最大値を取り（ステップＳ７１）、図１１Ａに例示するようなガス候補の累積出現領域画像を作成する（ステップＳ７２）。この際、この累積出現領域画像を図１１Ｂに例示するように２値化し、ガス候補の矩形領域（白の実線）を算出する。以上により、画像のどの領域にガス候補のデータが出現していたかを残すことができる。次に、この５秒間のデータが、漏洩源から定常的に出ていたものかそうでないのか判定するために、対象期間の５秒及びその前後の５秒の累積出現領域画像について、画素ごとに計３枚の画像の最小値を取ることで、共通領域を算出する（ステップＳ７３）。この処理により、５秒ごとの変化が大きければ共通領域が少なく、定常的に同じ所に出続けていれば、共通領域が大きく算出される。次に、ステップＳ７２で得た５秒の累積出現領域画像と、ステップＳ７３で得た共通領域画像とに対してそれぞれ２値化その他の処理を行い、ガス候補の矩形領域（実線）内の画素数の割合が閾値（例えば３０％）以上ならガスは変化が大きくなく、漏洩源から定常的に出続けていると判定する（ステップＳ７４）。なお、この判定はステップＳ７３で得た共通領域画像の画素数が一定以上かどうかだけで判定してもよい。
　なお、ステップＳ７１のように一定期間の最大値を取るステップを持つことで、細かなガスの変化は捉えず、大きな流れを判定できる。つまり、３０ｆｐｓの画像に、いきなりステップＳ７３の共通領域算出の処理をしてしまうと、非常に短期間の細かなガスの変化の影響で、略同じ位置から定常的に出ているガスの場合であっても、共通領域が殆ど抽出されなくなる。以上では、累積出現領域を５秒の単位で処理する例を記載したが、このような時間単位は、ガスの瞬間（フレーム）ごとの変化の影響をなくせる時間であればよく、１０秒や３秒などもっと長くても短くても構わない。また、図１０の処理では２値化は必須ではなく、輝度値を加算し、加算された輝度値同士を比較して判定しても構わない。さらに、ガス候補の矩形領域の特定も必ずしも２値化ではなく、モルフォロジー等の他の処理であっても構わない。
　以上で説明したガス領域の抽出方法やガス状態の判定方法は、単なる例示であり、例えば特開２０１２－５８０９３号公報に記載のような手法を用いることもできる。
　上記実施形態のガス検知システム１００によれば、降雨検知部７１が降雨状態を検知した場合、赤外カメラ２１によって撮影した画像内又は撮影領域ＩＡ内の少なくとも１以上の部分領域である所定領域Ａ０にガス状の被写体が写っていても、ガスでないと判断するので、例えば高温の蒸気や液体を流す配管のような高温部３に降った雨、雪などが水蒸気となったものが監視対象のガスとして誤検知されることを防止できる。
　本発明は、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、ガス検知システム１００の降雨検知部７１は、赤外カメラ２１を収納した筐体２７側でなく、被写体２側又は建造物２ａ側に設置することができる。この場合、降雨検知部７１は、無線又は有線で制御部８０に対して電気的に接続されている。また、図１３に示すように、被写体２側又は建造物２ａ側に温度計７４を設置することができる。温度計７４は、施設側管理装置２００から設備の温度変化に関する設備情報を取得することに代えて用いることができる。
　図５のステップＳ１５の処理で、高温の被写体と同じ領域かどうかの判断を行っているが、これを省略することもできる。なお、高温の被写体がカメラの画像上で奥行き方向に隠れて撮像されるケースもあるため、高温の被写体が検出されなくても水蒸気が発生する可能性がある。
　以上では、降雨検知部７１により降雨を検出したタイミング又は期間中でなければ、水蒸気の可能性がないとして処理しているが、降雨の影響が残存することを考慮した処理も可能である。つまり、雨が検知された後の数時間を降雨の状態を見なし、ガスの誤検知を防止してもよい。これは、雨がやんだ後も高温部に付着した雨が蒸発しきるまでは、水蒸気が出続けるためである。

Claims (8)

  1. 　赤外カメラと、
    　前記赤外カメラによって撮影した画像がガスか否かを判断する判断部と、
    　ガス検知の対象及び周辺における降雨状態を検知する降雨検知部と、を備え
    　前記判断部は、前記降雨検知部が降雨状態を検知した場合、前記赤外カメラによって撮影した画像内の少なくとも１以上の部分領域にガス状の被写体が写った場合には、当該ガス状の被写体をガスでないと判断するガス検知システム。
  2. 　前記部分領域内に高温の被写体が写っている場合に、前記判断部は、当該高温の被写体をガスでないと判断する、請求項１に記載のガス検知システム。
  3. 　前記高温の被写体であるか否かは、前記赤外カメラによって撮影した画像から変換された温度データに基づいて判断される、請求項１及び２のいずれか一項に記載のガス検知システム
  4. 　前記部分領域の位置と範囲とをユーザーが設定することを許容する領域設定部をさらに備えた、請求項１～３のいずれか一項に記載のガス検知システム。
  5. 　前記赤外カメラによる撮影領域のうち高温となる除外領域を予め記憶しておく記憶部をさらに備え、
    　前記判断部は、前記赤外カメラによって撮影した画像のうち前記除外領域にガス状の被写体が写った場合には、ガスでないと判断する、請求項１～４のいずれか一項に記載のガス検知システム。
  6. 　前記記憶部に記憶された前記除外領域に対応する設備の温度変化に関する情報を当該設備側から取得する温度情報通知部をさらに備える、請求項５に記載のガス検知システム。
  7. 　前記降雨検知部は、前記赤外カメラによって撮影している場所若しくは当該場所の近傍、又は、赤外カメラの位置若しくは当該位置の近傍に配置されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のガス検知システム。
  8. 　前記赤外カメラは、冷却された状態で使用される撮像素子を含む冷却センサーを有し、３～５μｍ帯の波長を撮影する、請求項１～７のいずれか一項に記載のガス検知システム。
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