WO2019138873A1 - ガス検知用画像処理装置およびガス検知用画像処理方法 - Google Patents

ガス検知用画像処理装置およびガス検知用画像処理方法 Download PDF

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WO2019138873A1
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flow rate
imaging
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隆史 森本
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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 technology for detecting gas using an image.
  • Facilities that handle a large amount of gas during operation include, for example, gas plants, petrochemical plants, thermal power plants, and iron-related facilities.
  • a gas detection device is used because gas leakage may occur due to aged deterioration of the facility, operation error of the facility, or the like. As a result, the gas leak can be detected in a state where the gas leak is small, so that a major accident can be prevented.
  • a probe-type gas detector is widely used as a gas detector
  • an infrared image-type gas detector has recently come to be used.
  • the former detects a gas based on the change in the electrical characteristics of the detection probe when the gas molecule contacts the detection probe.
  • the latter detects gas based on the property that the gas absorbs or emits light.
  • the infrared imaging gas detector will be described in detail.
  • a part of the electromagnetic wave (mainly an electromagnetic wave in the infrared region) generated by the black body radiation of a background object with an absolute temperature of 0 K or more is absorbed by the gas, and the gas itself is an electromagnetic wave by black body radiation. Because it radiates, the amount of electromagnetic waves changes. Therefore, when the gas exists in the imaging range of the infrared image, the pixel value (brightness value) of the pixel corresponding to the region where the gas exists in the infrared image is a value reflecting the change in the amount of the electromagnetic wave. . Therefore, it becomes possible to detect gas, and it becomes possible to visualize gas.
  • gas detection can be performed without bringing the infrared camera close to an imaging target (for example, a gas transport pipe in a plant).
  • An infrared imaging gas detector detects changes in the amount of electromagnetic radiation caused by the presence of gas.
  • the amount of change in the electromagnetic wave depends on the concentration thickness product, which is the value obtained by integrating the concentration of the gas along the depth direction of the space in which the gas is drifting.
  • the density thickness product is used as an index of
  • the detection capability of the infrared imaging gas detector is in principle affected by weather, air temperature and wind speed.
  • weather is cloudy or rainy
  • the detection capability may be reduced, and even if gas is present in the imaging range, the gas may not be visible.
  • the weather is cloudy or rainy
  • the temperature difference between the background and the gas is small, and the amount of change in the electromagnetic wave in the area where the gas is small is small.
  • the wind speed is high, the gas diffuses and thins rapidly.
  • the entire imaging range may be an area where gas can be visualized, or the entire imaging area may be an area where gas can not be visualized, or an area where gas can be visualized in the imaging area and an area where gas can not be visualized It may be mixed (for example, part of the imaging range is shaded). Therefore, the gas detection device (in other words, a person who performs gas detection) needs to grasp in advance an area in which the gas at the gas concentration level to be detected can be visualized in the imaging range. In order to calculate the region in which the gas can be visualized, the concentration thickness product of the gas is required as a parameter of the gas concentration level to be detected.
  • Patent Document 1 discloses that a value determined by the concentration and thickness of a gas is used to calculate a region in which the gas can be visualized (paragraph 0036 of Patent Document 1).
  • the concentration thickness product of the gas is not a commonly known unit.
  • facilities such as plants it has recently been the case that an infrared imaging gas detector has been used for gas detection, so many workers are unfamiliar with the gas concentration thickness area. For this reason, it has been difficult for a worker performing gas detection to determine an appropriate value of the gas concentration thickness product as an indicator of the gas concentration level to be detected at the gas detection site.
  • the present invention provides an image processing apparatus for gas detection and an image processing method for gas detection that can calculate a region where gas can be visualized even if a person who performs gas detection does not have knowledge of gas concentration thickness area. With the goal.
  • a gas detection image processing apparatus reflecting one aspect of the present invention includes a first input unit, a second input unit, and a first calculation unit.
  • the first input unit receives the flow rate by an operation in which the flow rate of the gas used as an indicator of the gas concentration level to be detected is input.
  • the second input unit receives an image captured by an imaging device and in which an imaging target is photographed.
  • the first calculation unit calculates an area in which the gas can be visualized in the imaging range when the image is captured in a state where the gas of the flow rate appears in the imaging range of the imaging device.
  • 1 is a block diagram of a gas detection system to which an image processing apparatus for gas detection according to an embodiment is applied. It is a block diagram showing the hardware constitutions of the image processing device for gas detection concerning an embodiment. It is a block diagram which shows the relationship between the 1st calculation part contained in an image processing part, a 2nd calculation part, and a synthetic
  • FIG. 1A is a block diagram of a gas detection system 1 to which a gas detection image processing apparatus 3 according to an embodiment is applied.
  • the gas detection system 1 includes a monitoring device 2, a gas detection image processing device 3, an operation unit 4, and a display unit 5.
  • the monitoring device 2 includes an infrared camera 21, a temperature sensor 22, and a wind speed sensor 23.
  • the infrared camera 21 (an example of an imaging device) is connected to the gas detection image processing device 3, and according to the control of this device, picks up an infrared image Im1 of the imaging target T and processes the infrared image Im1 for gas detection Send to device 3
  • a monitoring target of gas leakage for example, a gas transport pipe
  • the infrared camera 21 can also capture a moving image or can capture a still image.
  • the angle of the infrared camera 21 is set so that the imaging target T is included in the imaging range R of the infrared camera 21.
  • the infrared camera 21 includes a two-dimensional image sensor sensitive to the light absorption wavelength of the gas to be detected.
  • a two-dimensional image sensor sensitive to a wavelength band of about 3 ⁇ m is used.
  • a sensor there is, for example, a cooled indium antimony (InSb) image sensor.
  • the wavelength band of the electromagnetic wave absorbed or emitted by the gas to be detected is other than the infrared wavelength band (for example, the wavelength band of ultraviolet light)
  • a camera having sensitivity to this wavelength band is used.
  • the temperature sensor 22 measures the temperature of the place where the imaging target T is located when the infrared camera 21 images the imaging target T (in the case of a moving image, the temperature during the imaging period is measured) and indicates the measured air temperature
  • the air temperature data D1 is transmitted to the gas detection image processing apparatus 3.
  • the location where the monitoring device 2 is installed is regarded as the location where the imaging target T is located, and the temperature of the location where the monitoring device 2 is installed is measured by the temperature sensor 22.
  • only the measurement probe of the temperature sensor 22 is installed in the vicinity of the place where the imaging target T is located, and the temperature of the place where the imaging target T is located by transmitting measured temperature data to the monitoring device 2 by wire or wireless. May be measured.
  • the gas detection image processing apparatus 3 may acquire the temperature of the place where the imaging target T is located from the web site related to the weather. In this case, the temperature sensor 22 becomes unnecessary.
  • the wind speed sensor 23 measures the wind speed of the place where the imaging target T is located when the infrared camera 21 images the imaging target T (in the case of a moving image, the wind speed during the imaging period is measured) and indicates the measured wind speed
  • the wind speed data D2 is transmitted to the gas detection image processing apparatus 3.
  • the place where the monitoring device 2 is installed is regarded as the place where the imaging target T is located, and the wind speed of the place where the monitoring device 2 is installed is measured by the wind speed sensor 23.
  • only the measurement probe of the wind speed sensor 23 is installed in the vicinity of the place where the imaging target T is located, and transmits the measured wind speed data to the monitoring device 2 by wire or wireless, so that the wind speed of the place where the imaging target T is located. May be measured.
  • the gas detection image processing apparatus 3 may acquire the wind speed of the place where the imaging target T is located from the web site related to the weather. In this case, the wind speed sensor 23 becomes unnecessary.
  • the gas detection image processing apparatus 3 is included in a personal computer, a smartphone, a tablet terminal, etc., and as functional blocks, the control processing unit 31, the interface unit 32, the image processing unit 33, the storage unit 34, and the display control unit And 35.
  • the control processing unit 31 is a device for controlling each unit (the interface unit 32, the image processing unit 33, the storage unit 34, the display control unit 35) of the gas detection image processing device 3 according to the function of each unit. .
  • the interface unit 32 is connected to the control processing unit 31, and according to the control of the control processing unit 31, the gas detection image processing device 3 and devices outside the device (infrared camera 21, temperature sensor 22, wind velocity sensor 23, operation unit 4 is an interface for communicating with the display unit 5).
  • the interface unit 32 and an external device may be directly connected or may be connected via a LAN.
  • the image processing unit 33 is connected to the control processing unit 31 and performs various image processing necessary for gas detection using the infrared image Im1 under the control of the control processing unit 31.
  • the person who performs gas detection (hereinafter referred to as “gas inspector”) inputs an instruction to execute gas detection to the gas detection image processing apparatus 3 using the operation unit 4, the image processing unit 33 An image processing is performed on a frame constituting a moving image captured by the infrared camera 21 to extract a region where gas appears (hereinafter, also simply referred to as “gas region”). If the gas leaks from the imaging target T and the gas appears in the imaging range R, the gas region is extracted.
  • the image processing unit 33 visualizes the gas in the imaging range R by inputting a command for calculating the region in which the gas can be visualized to the gas detection image processing apparatus 3 using the operation unit 4 by the gas inspector. Perform processing to calculate the available area.
  • the image processing unit 33 includes a first calculation unit 331, a second calculation unit 332, and a combining unit 333 in order to perform the process. These functional blocks will be described later.
  • the storage unit 34 is connected to the control processing unit 31 and stores various images, data, and information necessary for calculation of a region in which gas can be visualized, under the control of the control processing unit 31.
  • the storage unit 34 stores the infrared image Im1 sent from the infrared camera 21 in association with the date and time when the infrared image Im1 was captured, stores the temperature data D1 sent from the temperature sensor 22,
  • the wind speed data D2 sent from the wind speed sensor 23 is stored in association with the date and time at which the wind speed was measured (in other words, the date and time at which the infrared image Im1 was captured). For example, it is stored in association with the date and time when the infrared image Im1 was captured.
  • the storage unit 34 stores flow rate data D3 indicating the flow rate of the gas input by the gas inspector operating the operation unit 4.
  • the storage unit 34 stores in advance the distance data indicating the distance between the infrared camera 21 and the imaging target T, stores in advance the characteristic information of the infrared camera 21 (for example, the sensitivity of the infrared camera 21, noise), and the S / N ratio Are stored in advance.
  • the display control unit 35 causes the display unit 5 to display various images.
  • the display control unit 35 causes the display unit 5 to display the moving image subjected to the process of extracting the gas region by the image processing unit 33, and the composite image Im2 in which the region capable of visualizing the gas is combined with the infrared image Im1. It is displayed on the display unit 5 or the like.
  • the operation unit 4 is connected to the interface unit 32, and a gas inspector inputs various commands and various data to the gas detection image processing apparatus 3.
  • the instruction is, for example, an instruction to execute gas detection, an instruction to stop gas detection, and an instruction to calculate an area in which the gas can be visualized.
  • the data is, for example, flow rate data D3 indicating the flow rate of the gas. This is used to calculate the area in which the gas can be visualized. This flow rate is, for example, the lowest value of the flow rate at which the risk of gas leakage (gas explosion) occurs.
  • the display unit 5 displays the various images described above.
  • FIG. 1B is a block diagram showing the hardware configuration of the gas detection image processing apparatus 3 according to the embodiment.
  • the gas detection image processing apparatus 3 includes a central processing unit (CPU) 3a, a random access memory (RAM) 3b, a read only memory (ROM) 3c, a hard disk drive (HDD) 3d, a liquid crystal display 3e, a communication interface 3f, and a keyboard. 3g, and a bus 3h connecting these.
  • the liquid crystal display 3 e is hardware that implements the display unit 5. Instead of the liquid crystal display 3e, an organic EL display (Organic Light Emitting Diode display), a plasma display or the like may be used.
  • the communication interface 3 f is hardware that implements the interface unit 32, and is, for example, a communication card for wired communication or wireless communication.
  • the keyboard 3 g is hardware that implements the operation unit 4. Instead of the keyboard, a touch panel or a mouse may be used.
  • HDD 3d programs for realizing the functional blocks of the control processing unit 31, the image processing unit 33 and the display control unit 35, and various data (for example, infrared image Im1, air temperature data D1, wind speed data D2) is stored.
  • the program may be stored in the ROM 3 c instead of the HDD 3 d.
  • the gas detection image processing apparatus 3 may include a flash memory instead of the HDD 3d, and these programs and data may be stored in the flash memory.
  • the HDD 3 d is hardware that implements the storage unit 34.
  • a flash memory may be used instead of the HDD 3d.
  • the CPU 3a is an example of a hardware processor, and the control processing unit 31, the image processing unit 33, and the display control unit 35 are implemented by reading the above-mentioned program from the HDD 3d and expanding the program on the RAM 3b and executing the expanded program.
  • the control processing unit 31, the image processing unit 33, and the display control unit 35 are implemented by reading the above-mentioned program from the HDD 3d and expanding the program on the RAM 3b and executing the expanded program.
  • part or all of the functions may be realized by processing by a DSP (Digital Signal Processor) instead of or together with the processing by the CPU 3a.
  • part or all of each function may be realized by processing by a dedicated hardware circuit instead of or in addition to processing by software.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the relationship among a first calculator 331, a second calculator 332, and a synthesizer 333 included in the image processor 33.
  • the first calculator 331 calculates an area where the gas can be visualized in the imaging range R based on the infrared image Im1.
  • the second calculation unit 332 calculates the concentration thickness product of the gas (hereinafter, may be simply described as “concentration thickness product” in a simplified manner), using the flow rate of the gas input as an index of the gas concentration level to be detected as a parameter. .
  • the density thickness product is calculated using, as parameters, the wind speed at the location where the imaging target T is located, the distance between the imaging target T and the infrared camera 21, and the flow rate of gas leaking from the imaging target T.
  • the second calculator 332 stores in advance a conversion table 334 that converts a combination of these three parameters into a density-thickness product. If the concentration / thickness product corresponding to the combination of these three parameters is not in the conversion table 334, the second calculator 332 performs linear interpolation or spline interpolation to calculate the concentration / thickness product of gas. The second calculator 332 may calculate the concentration thickness product of the gas by three-dimensional interpolation using these three parameters.
  • the synthesizing unit 333 generates a boundary of an area where the gas can be visualized, which is calculated by the first calculating unit 331, and the synthesized image is obtained by synthesizing the boundary with the infrared image Im1 used to calculate the area.
  • FIG. 3 is a schematic view showing an example of the composite image Im2.
  • the inside of the boundary is an area where gas can be visualized, and the outside of the boundary is an area where gas can not be visualized.
  • the synthesis unit 333 performs processing to make the inside of the boundary (the area where gas can be visualized) be blue and the outside of the boundary (the area where gas can not be visualized) to be red.
  • FIG. 4 is a flowchart explaining this.
  • the calculation of the region in which the gas can be visualized will be described by taking the still image of the infrared image Im1 as an example, but it may be a moving image. In the case of a moving image, each frame is processed in the same manner as a still image.
  • the gas inspector operates the operation unit 4 to designate the flow rate of the gas to be detected before performing gas detection.
  • This flow rate is the lowest value of the flow rate at which the risk of gas leakage occurs.
  • Flow rate data D3 indicating a designated flow rate is input to the interface unit 32 (first input unit), and the control processing unit 31 stores the input flow rate data D3 in the storage unit 34 (step S1).
  • the gas inspector operates the operation unit 4 to give an instruction to calculate an area in which the gas can be visualized (step S2).
  • This command is input to the interface unit 32.
  • the control processing unit 31 controls the infrared camera 21, the temperature sensor 22, and the wind speed sensor 23, causes the infrared camera 21 to capture the infrared image Im1 of the imaging target T, and the monitoring device 2 is installed in the temperature sensor 22.
  • the air temperature of the place where the imaging target T is located is measured, and the wind speed sensor 23 is used to measure the wind speed of the location where the monitoring device 2 is installed (the location where the imaging target T is located).
  • the infrared camera 21 sends the captured infrared image Im1 to the gas detection image processing device 3, the temperature sensor 22 sends air temperature data D1 indicating the measured air temperature to the gas detection image processing device 3, and the wind speed sensor 23 The wind speed data D2 indicating the measured wind speed is sent to the gas detection image processing apparatus 3.
  • the infrared image Im1, the air temperature data D1, and the wind speed data D2 are input to the interface unit 32.
  • the interface unit 32 (second input unit) receives an image of the imaging target T captured by the infrared camera 21.
  • the control processing unit 31 causes the storage unit 34 to store the infrared image Im1, the air temperature data D1, and the wind speed data D2 input to the interface unit 32 (step S3).
  • the second calculator 332 calculates the concentration thickness product of the gas (step S4). Specifically, the second calculation unit 332 reads the flow rate data D3 (step S1) stored in the storage unit 34, reads the wind speed data D2 (step S3) stored in the storage unit 34, and stores the storage unit 34. The distance data (the distance between the imaging target T and the infrared camera 21) stored in advance is read out. The second calculator 332 then refers to the conversion table 334 to calculate the density-thickness product assigned to the combination of these three parameters.
  • the first calculation unit 331 reads out the air temperature data D1 (step S3) stored in the storage unit 34, and calculates a luminance value corresponding to the air temperature indicated by the air temperature data D1 (step S5). Specifically, the first calculation unit 331 uses the characteristic information (for example, the sensitivity of the infrared camera 21 and noise) of the infrared camera 21 stored in advance in the storage unit 34 as a parameter to indicate the temperature indicated by the temperature data D1 It is converted into the luminance value of the external image Im1.
  • the luminance value is a luminance value of an image of an object obtained when the infrared camera 21 captures an object the same as the temperature.
  • the first calculation unit 331 reads the infrared image Im1 (step S3) stored in the storage unit 34, and generates a first image obtained by converting the value of each pixel of the infrared image Im1 into a luminance value (step S6). .
  • the first calculator 331 generates a second image indicating the difference between the value (brightness value) of each pixel of the first image and the brightness value (step S5) corresponding to the temperature (step S7).
  • the first calculator 331 calculates the light absorptivity of the gas using the concentration thickness product (step S4) of the gas calculated by the second calculator 332 (step S8).
  • the first calculator 331 generates, for each pixel of the second image, a third image obtained by multiplying the light absorption rate by the value of the pixel (step S9).
  • the first calculator 331 calculates, for each pixel of the third image, an S / N ratio which is a ratio of the pixel value S to the noise N of the infrared camera 21 (step S10).
  • the noise N of the infrared camera 21 is stored in advance in the storage unit 34.
  • the first calculation unit 331 determines whether or not the absolute value of the S / N ratio is larger than a predetermined threshold value (hereinafter, the threshold value of the S / N ratio) for each pixel of the third image. Do.
  • the threshold of the S / N ratio is stored in advance in the storage unit 34.
  • the absolute value of the S / N ratio means that the value S of each pixel of the third image is a positive value or a negative value depending on the magnitude relationship between the background and the air temperature. It is because there is.
  • the first calculation unit 331 determines that the region indicated by the pixel in which the absolute value of the S / N ratio is larger than the threshold value of the S / N ratio is a region where the gas can be visualized (step S11).
  • the area can not be visualized.
  • the gas of the flow rate the flow rate of the gas input by the inspector operating the operation unit 4
  • the first calculation unit 331 When the image Im1 is captured, an area where the gas can be visualized in the imaging range R is calculated.
  • the synthesizing unit 333 generates the boundary of the area in which the gas can be visualized, which is calculated by the first calculating unit 331, reads the infrared image Im1 (step S3) from the storage unit 34, and the infrared image Im1 is read on the infrared image Im1.
  • a boundary line is synthesized at the position where the area is located, and a synthesized image Im2 in which the color is different inside and outside the boundary line is generated (step S12).
  • the composite image Im2 is information indicating the position of the area where the gas can be visualized.
  • the display control unit 35 causes the display unit 5 (output unit) to display the composite image Im2 (step S13). Thereby, the gas inspector can grasp the area where the gas can be visualized in the imaging range R of the infrared camera 21.
  • gas inspectors are familiar because gas flow rates are generally known units.
  • the parameter input by the gas inspector is not the concentration thickness product of the gas but the flow rate of the gas. Therefore, according to the embodiment, it is possible to calculate an area where the gas can be visualized even if the gas inspector does not have knowledge of the concentration thickness product of the gas.
  • the area where the gas can be visualized is calculated before the gas detection is performed by the gas detection system 1.
  • the area where the gas can be visualized may be calculated after the gas detection is performed. This is done for the gas inspector to later verify the effectiveness of the gas detection.
  • the storage unit 34 stores an infrared image Im1 captured in the past, air temperature data D1 when the infrared image Im1 is captured, and wind speed data D2.
  • the gas inspector operates the operation unit 4 to specify the infrared image Im1 for which the region where the gas can be visualized is to be calculated, specifies the flow rate of the gas described in step S1, and issues the command described in step S2. Thereafter, the same processes as in steps S3 to S13 are performed.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an example of the experimental facility 100 used to create the conversion table 334.
  • the experimental equipment 100 includes a gas discharge device 101, an infrared camera 21, a background plate 102, a fan 103, and a concentration thickness area calculation device 104.
  • a gas cylinder (not shown) filled with the gas 110 to be detected is connected to the gas discharge device 101, and the experimenter adjusts the flow control valve of the gas discharge device 101 to release the gas discharge device 101.
  • the flow rate of the gas 110 can be adjusted.
  • the infrared camera 21 is disposed in front of the gas discharge device 101, and images the gas 110 emitted by the gas discharge device 101.
  • the background plate 102 is disposed behind the gas discharge device 101 and serves as a background of the gas 110 released by the gas discharge device 101.
  • the surface of the background plate 102 is surface-treated (eg, matted) in order to improve the efficiency of black body radiation.
  • the background plate 102 has a built-in heater, which can adjust the overall temperature of the background plate 102 to a constant value.
  • the fan 103 sends a wind to the gas 110 released by the gas discharge device 101.
  • the rotational speed of the fan 103 can be adjusted.
  • the wind speed is determined based on the rotational speed of the fan 103.
  • the concentration thickness area calculation device 104 is a computer device in which a program for calculating the concentration thickness area of gas is stored.
  • the calculation theory of the concentration thickness product of gas is as follows.
  • the concentration thickness product is calculated on the basis of the light absorptivity of the gas expressed by Equation 1.
  • ⁇ gas (gas is a subscript) is a light absorptivity of gas.
  • I0 (0 is a subscript) is a luminance value of the infrared image Im1 of the background plate 102 captured in a state where the gas is not discharged from the gas discharge device 101.
  • I1 (1 is a subscript) is a luminance value of the infrared image Im1 of the background plate 102 captured in a state where the gas is discharged from the gas discharge device 101.
  • IA (A is a subscript) is a value obtained by converting the temperature of the gas into the luminance value of the infrared image Im1 using the characteristic information (sensitivity, noise, etc.) of the infrared camera 21 as a parameter. If the temperature of the gas discharged from the gas discharge device 101 can be approximated to the air temperature (the temperature of the gas 110 in the gas discharge device 101 is equal to or almost equal to the air temperature), the air temperature is infrared rays instead of the gas temperature. It may be converted into the luminance value of the image Im1. In this case, it is not necessary to measure the temperature of the gas.
  • the light absorptivity of the gas is a function of the concentration thickness product of the gas. This function can generally be expressed by Equation 2.
  • ⁇ ( ⁇ ) is the light absorption coefficient of the gas.
  • ct is the concentration thickness product of the gas.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are wavelength ranges to be integrated. This wavelength range is the sensitivity wavelength range of the infrared camera 21.
  • the inverse function of the function f (ct) is the concentration thickness product of the gas. From the above, the concentration thickness product of the gas is calculated from the luminance values I0, I1, and IA shown in Equation 1. If it is difficult to find the inverse function of the function f (ct) (for example, the function f (ct) is not represented by one polynomial), a table showing the relationship between the concentration thickness product and the light absorptivity of the gas is used It may be done. When the light absorptivity of the gas is calculated using Equation 1, the concentration thickness product is calculated based on this table. When the concentration thickness product corresponding to the light absorptivity of the gas calculated using Equation 1 is not included in the table, the concentration thickness product is calculated using interpolation.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining a method of creating the conversion table 334.
  • the distance between the infrared camera 21 and the gas discharge device 101 is d1.
  • the entire temperature of the background plate 102 is controlled to a predetermined constant value.
  • the experimenter captures an infrared image Im3 of the background plate 102 using the infrared camera 21 (step S21).
  • the gas 110 is not discharged from the gas discharge device 101, and the fan 103 is stopped.
  • the experimenter stores the infrared image Im ⁇ b> 3 in the density thickness area calculation device 104.
  • the density / thickness product calculation device 104 converts pixel values into luminance values for each pixel of the infrared image Im3. Thereby, an image Im4 in which the pixel value is converted to the luminance value is generated (step S22).
  • the experimenter releases the gas 110 from the gas discharge device 101, operates the fan 103, and blows the gas 110 (step S23).
  • the flow rate of the gas 110 is f1
  • the speed (wind speed) of the wind sent from the fan 103 to the gas 110 is w1.
  • the entire temperature of the background plate 102 is controlled to the above-mentioned constant value.
  • the experimenter captures a moving image V1 of the gas 110 emitted by the gas discharge device 101 using the infrared camera 21 (step S24).
  • the experimenter stores the moving image V ⁇ b> 1 in the density thickness area calculation device 104.
  • the density / thickness product calculation device 104 converts pixel values into luminance values for each pixel of each frame (infrared image) constituting the moving image V1. Thereby, the moving image V2 in which the pixel value is converted to the luminance value is generated (step S25).
  • the density / thickness product calculating device 104 calculates a density / thickness product for each pixel of each frame constituting the moving image V2 using the image Im4 generated in step S22 and the moving image V2 generated in step S25 (step S26).
  • the method of calculating the density thickness product is as described above.
  • the concentration / thickness product calculating device 104 calculates a representative value of the concentration / thickness product (step S27).
  • the first method extracts the gas region for each frame constituting the moving image V2, calculates the average value of the concentration thickness product indicated by each pixel constituting the gas region for each of these gas regions, and calculates the average of these The average value is taken as the representative value.
  • a pixel at which the density thickness product exhibits the maximum value is specified, and a value obtained by averaging the density thickness product exhibited by these pixels is used as a representative value.
  • the first method is more accurate than the second method in the representative value.
  • the second method compared with the first method, does not require extraction of the gas region, so that the representative value can be calculated easily.
  • the concentration thickness area calculating device 104 records the representative value calculated in step S27 as a concentration thickness area corresponding to the combination of the wind speed w1 and the flow rate f1 (step S28).
  • a plurality of combinations of wind speed and flow rate are prepared in advance.
  • the experimenter determines whether or not the processing of step S21 to step S28 has been performed for all combinations (step S29).
  • step S29 When the experimenter determines that the processes of steps S21 to S28 have not been performed for all the combinations (No in step S29), the combination of the wind speed and the flow rate is changed, and step S23 is performed. Then, steps S24 to S28 are executed.
  • step S30 When the experimenter determines that the processes of step S21 to step S28 have been performed for all the combinations (Yes in step S29), the concentration thickness of various combinations of the wind speed and the flow rate is obtained under the distance d1. The calculation of the product ends (step S30).
  • the distance between the infrared camera 21 and the gas discharge device 101 has a correlation with the size of the gas image captured in each frame of the moving image V1. That is, when the distance d1 becomes N times, the gas image becomes 1 / N both vertically and horizontally compared with the gas image at the distance d1. Even if the distance between the infrared camera 21 and the gas discharge device 101 changes, the brightness of the gas image can be considered to be the same. Therefore, in the case of the distance between the infrared camera 21 and the gas discharge device 101 other than the distance d1, the experimenter does not have to use the infrared camera 21 to capture the image Im3 and the moving image V1.
  • the density / thickness product calculating apparatus 104 can calculate the density / thickness product for distances other than the distance d1 by performing the image scaling process using the moving image V2 and the image Im4 obtained at the distance d1. (Step S31). As described above, since the concentration-thickness product can be obtained for various combinations of wind speed, distance, and flow rate, the conversion table 334 can be completed.
  • a first input unit to which the flow rate is input by an operation in which the flow rate of gas used as an indicator of a gas concentration level to be detected is input When the image is captured in a state in which the gas at the flow rate appears in the imaging range of the imaging device, and a second input unit to which an imaged image of the imaging target is captured; And a first calculation unit that calculates an area in which the gas can be visualized in an imaging range.
  • the flow rate of gas is a commonly known unit, it is familiar to those who detect gas.
  • the inventor pays attention to this, and the parameter input by the person performing gas detection is not the concentration thickness area of the gas but the flow rate of the gas (for example, the flow rate at which danger due to gas leak (gas explosion) occurs). Lowest value). Therefore, according to the image processing apparatus for gas detection according to the first aspect of the embodiment, it is possible to calculate an area in which the gas can be visualized even if the person who performs gas detection does not have knowledge of the concentration thickness area of the gas.
  • the gas detection image processing apparatus can be used, for example, to detect a gas leak.
  • the semiconductor device further includes a second calculation unit that calculates a concentration thickness product of the gas using the flow rate, and the first calculation unit calculates the region using the concentration thickness product.
  • the second calculation unit uses the wind speed of the location where the imaging target is located when the imaging device captures the image, the distance from the imaging target to the imaging device, and the flow rate. And calculating the density thickness product.
  • the above configuration further includes an output unit that outputs information indicating the position of the area in the imaging range.
  • the output unit generates, for example, a boundary of an area in which the gas can be visualized, and a boundary at a position where the area is located on the image captured by the imaging device and in which the imaging target (for example, a gas transport pipe) is photographed.
  • a line is synthesized to generate a synthesized image, and the synthesized image is output as information indicating the position of an area where the gas can be visualized. This information may be displayed on a display or printed on paper.
  • the information indicating the area in which the gas in the imaging range can be visualized is output. Therefore, the person who detects the gas can easily recognize which position in the imaging range is the area in which the gas can be visualized. Can.
  • the image processing method for gas detection includes a first input step in which the flow rate is input by an operation in which the flow rate of gas used as an indicator of a gas concentration level to be detected is input; A second input step in which an image obtained by capturing an image of an imaging target is input, and when the image is captured in a state where the gas at the flow rate appears in an imaging range of the imaging device, And d) calculating a region where the gas can be visualized in the imaging range.
  • the gas detection image processing method according to the second aspect of the embodiment has the same effects as the gas detection image processing apparatus according to the first aspect of the embodiment.
  • an image processing apparatus for gas detection and an image processing method for gas detection can be provided.

Abstract

ガス検知用画像処理装置は、検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、この流量が入力される第１入力部と、撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される第２入力部と、撮像装置の撮像範囲において上記流量のガスが出現している状態で、上記画像が撮像されたとき、撮像範囲においてガスを可視化できる領域を算出する第１算出部と、を備える。

Description

ガス検知用画像処理装置およびガス検知用画像処理方法
　本発明は、画像を利用してガスを検知する技術に関する。
　操業時に大量のガスを取り扱う施設として、例えば、ガスプラント、石油化学プラント、火力発電所、製鉄関連施設がある。これらの施設では、施設の経年劣化、施設の運転ミス等により、ガス漏れが発生する可能性があるので、ガス検知装置が使用されている。これにより、ガス漏れが少ない状態でガス漏れを発見することができるので、大事故を防止することができる。
　ガス検知装置として、プローブ式のガス検知装置が広く使用されているが、最近、赤外画像式のガス検知装置が使用されるようになってきている。前者は、検知プローブにガス分子が接触したとき、このプローブの電気的特性が変化することを基にしてガスを検知する。後者は、ガスが光吸収または光放射する性質を基にしてガスを検知する。
　赤外画像式のガス検知装置について詳しく説明する。ガスが存在すると、絶対温度が０Ｋ以上の背景物体が黒体放射することにより生じる電磁波（主に赤外線領域の電磁波）の一部がガスによって吸収され、また、ガス自身が黒体放射によって電磁波を放射するため、電磁波の量が変化する。従って、赤外画像の撮像範囲にガスが存在するとき、赤外画像のうち、ガスが存在する領域に対応する画素の画素値（輝度値）は、電磁波の量の変化を反映した値となる。よって、ガスを検知することが可能となり、また、ガスを可視化することが可能となる。赤外画像式のガス検知装置によれば、赤外線カメラを撮像対象（例えば、プラント内のガス輸送管）に接近させなくても、ガス検知をすることができる。
　赤外画像式のガス検知装置は、ガスが存在することによって生じる電磁波の量の変化を検知する。電磁波の変化の量は、ガスの濃度をガスが漂っている空間の奥行方向に沿って積分した値である、濃度厚み積に依存するので、赤外画像式のガス検知装置では、ガス濃度レベルの指標として、濃度厚み積が用いられる。
　赤外画像式のガス検知装置の検知能力は、その原理上、天候、気温、風速の影響を受ける。天気が曇または雨の場合、気温が低い場合、風速が大きい場合、検知能力が低下し、撮像範囲にガスが存在していても、ガスを可視化できないことがある。これは、天気が曇または雨の場合、背景とガスの温度差が小さくなり、ガスが存在する領域での電磁波の変化量が小さくなるためであり、気温が低い場合、電磁波量そのものが小さくなるためであり、風速が大きい場合、ガスが急速に拡散し薄まってしまうためである。また、背景、日陰等が原因でガスを可視化できない領域が撮像範囲に部分的に存在することがある。例えば、撮像範囲の一部が日陰の場合、日陰の領域は、検知能力が低下し、ガスを可視化できないことがある。
　そこで、赤外画像式のガス検知装置を用いて得られたガス漏れ調査が、有効か無効かを判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　撮像範囲の全体がガスを可視化できる領域であることもあるし、撮像範囲の全体がガスを可視化できない領域であることもあるし、撮像範囲にガスを可視化できる領域とガスを可視化できない領域とが混在することもある（例えば、撮像範囲の一部が日陰）。従って、ガス検知装置（言い換えれば、ガス検知をする者）は、撮像範囲において、検知したいガス濃度レベルのガスを可視化できる領域を予め把握する必要がある。ガスを可視化できる領域を算出するためには、検知したいガス濃度レベルのパラメータとして、ガスの濃度厚み積が必要となる。特許文献１には、ガスを可視化できる領域を算出するために、ガスの濃度、厚みによって決められる値が用いられることが開示されている（特許文献１の段落００３６）。
　ガスの濃度厚み積は、一般的に知られた単位ではない。プラント等の施設において、ガス検知に赤外画像式のガス検知装置が用いられ始めたのは、最近なので、多くの作業員は、ガスの濃度厚み積に馴染みがない。このため、ガス検知をする作業員が、ガス検知の現場で、検知したいガス濃度レベルの指標として、ガスの濃度厚み積の適切な値を決定することが難しかった。
米国特許出願公開第２０１６／０２３８４５１号明細書
　本発明は、ガス検知をする者がガスの濃度厚み積の知識がなくても、ガスを可視化できる領域を算出することができるガス検知用画像処理装置およびガス検知用画像処理方法を提供することを目的とする。
　上述した目的を実現するために、本発明の一側面を反映したガス検知用画像処理装置は、第１入力部と、第２入力部と、第１算出部と、を備える。前記第１入力部は、検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、前記流量が入力される。前記第２入力部は、撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される。前記第１算出部は、前記撮像装置の撮像範囲において前記流量の前記ガスが出現している状態で、前記画像が撮像されたとき、前記撮像範囲において前記ガスを可視化できる領域を算出する。
　発明の１又は複数の実施形態により与えられる利点及び特徴は以下に与えられる詳細な説明及び添付図面から十分に理解される。これら詳細な説明及び添付図面は、例としてのみ与えられるものであり本発明の限定の定義として意図されるものではない。
実施形態に係るガス検知用画像処理装置が適用されるガス検知システムのブロック図である。 実施形態に係るガス検知用画像処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 画像処理部に含まれる第１算出部と、第２算出部と、合成部との関係を示すブロック図である。 合成画像の一例を示す模式図である。 実施形態を用いたガスを可視化できる領域の算出について説明するフローチャートである。 変換テーブルの作成に利用される実験設備の一例を示す模式図である。 変換テーブルを作成する方法を説明するフローチャートである。
　以下、図面を参照して、本発明の１又は複数の実施形態が説明される。しかし、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。
　各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。
　図１Ａは、実施形態に係るガス検知用画像処理装置３が適用されるガス検知システム１のブロック図である。ガス検知システム１は、監視装置２と、ガス検知用画像処理装置３と、操作部４と、表示部５と、を備える。
　監視装置２は、赤外線カメラ２１と、温度センサー２２と、風速センサー２３と、を備える。
　赤外線カメラ２１（撮像装置の一例）は、ガス検知用画像処理装置３に接続され、この装置の制御に従って、撮像対象Ｔの赤外画像Ｉｍ１を撮像し、赤外画像Ｉｍ１をガス検知用画像処理装置３に送信する。実施形態では、撮像対象Ｔとして、ガス漏れの監視対象（例えば、ガス輸送管）を例にして説明する。赤外線カメラ２１は、動画を撮像することもできるし、静止画を撮像することもできる。赤外線カメラ２１の撮像範囲Ｒに撮像対象Ｔが含まれるように、赤外線カメラ２１の角度が設定されている。
　赤外線カメラ２１は、検知したいガスの光吸収波長に感度を有する二次元イメージセンサーを備える。例えば、炭化水素系のガスの場合、約３μｍの波長帯に感度を有する二次元イメージセンサーが用いられる。このようなセンサーとして、例えば、冷却型インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）イメージセンサーがある。
　検知したいガスが吸収または放射する電磁波の波長帯が、赤外線の波長帯以外の場合（例えば、紫外線の波長帯）、この波長帯に感度を有するカメラが用いられる。
　温度センサー２２は、赤外線カメラ２１が撮像対象Ｔを撮像したとき、撮像対象Ｔが位置する場所の気温を測定し（動画の場合、撮像期間中の気温が測定される）、測定した気温を示す気温データＤ１をガス検知用画像処理装置３に送信する。実施形態では、監視装置２が設置されている場所を撮像対象Ｔが位置する場所と見なし、監視装置２が設置されている場所の気温が温度センサー２２によって測定される。なお、温度センサー２２の測定プローブだけが、撮像対象Ｔが位置する場所の近辺に設置され、有線あるいは無線で測定温度データを監視装置２に伝送することで、撮像対象Ｔが位置する場所の温度を測定してもよい。また、ガス検知用画像処理装置３は、撮像対象Ｔが位置する場所の気温を、気象に関するＷｅｂサイトから取得してもよい。この場合、温度センサー２２が不要となる。
　風速センサー２３は、赤外線カメラ２１が撮像対象Ｔを撮像したとき、撮像対象Ｔが位置する場所の風速を測定し（動画の場合、撮像期間中の風速が測定される）、測定した風速を示す風速データＤ２をガス検知用画像処理装置３に送信する。実施形態では、監視装置２が設置されている場所を撮像対象Ｔが位置する場所と見なし、監視装置２が設置されている場所の風速が風速センサー２３によって測定される。なお、風速センサー２３の測定プローブだけが、撮像対象Ｔが位置する場所の近辺に設置され、有線あるいは無線で測定風速データを監視装置２に伝送することで、撮像対象Ｔが位置する場所の風速を測定してもよい。また、ガス検知用画像処理装置３は、撮像対象Ｔが位置する場所の風速を、気象に関するＷｅｂサイトから取得してもよい。この場合、風速センサー２３が不要となる。
　ガス検知用画像処理装置３は、パーソナルコンピューター、スマートフォン、タブレット端末等に備えられ、機能ブロックとして、制御処理部３１と、インターフェース部３２と、画像処理部３３と、記憶部３４と、表示制御部３５と、を備える。
　制御処理部３１は、ガス検知用画像処理装置３の各部（インターフェース部３２、画像処理部３３、記憶部３４、表示制御部３５）を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するための装置である。
　インターフェース部３２は、制御処理部３１に接続され、制御処理部３１の制御に従って、ガス検知用画像処理装置３とこの装置の外部の装置（赤外線カメラ２１、温度センサー２２、風速センサー２３、操作部４、表示部５）との間で通信をするためのインターフェースである。インターフェース部３２と外部の装置とは、直接接続されていてもよいし、ＬＡＮを介して接続されていてもよい。
　画像処理部３３は、制御処理部３１に接続され、制御処理部３１の制御に従って、赤外画像Ｉｍ１を用いたガス検知に必要な各種の画像処理をする。ガス検知をする者（以下、「ガス検査者」と記載する）が操作部４を用いて、ガス検知を実行する命令をガス検知用画像処理装置３に入力することにより、画像処理部３３は、赤外線カメラ２１が撮像した動画を構成するフレームに対して、ガスが出現している領域（以下、簡単に「ガス領域」と記載することもある）を抽出する画像処理をする。撮像対象Ｔからガスが漏れることにより、撮像範囲Ｒにガスが出現していれば、ガス領域が抽出される。
　また、ガス検査者が操作部４を用いて、ガスを可視化できる領域を算出する命令をガス検知用画像処理装置３に入力することにより、画像処理部３３は、撮像範囲Ｒにおいて、ガスを可視化できる領域を算出する処理をする。画像処理部３３は、その処理をするために、第１算出部３３１と、第２算出部３３２と、合成部３３３と、を備える。これらの機能ブロックについては、後で説明する。
　記憶部３４は、制御処理部３１に接続され、制御処理部３１の制御に従って、ガスを可視化できる領域の算出に必要な各種の画像、データ、情報を記憶する。
　記憶部３４は、赤外線カメラ２１から送られてきた赤外画像Ｉｍ１を、赤外画像Ｉｍ１が撮像された日付時刻と紐付けて記憶し、温度センサー２２から送られてきた気温データＤ１を、気温が測定された日付日時（言い換えれば、赤外画像Ｉｍ１が撮像された日付時刻）と紐付けて記憶し、風速センサー２３から送られてきた風速データＤ２を、風速が測定された日付日時（言い換えれば、赤外画像Ｉｍ１が撮像された日付時刻）と紐付けて記憶する。
　記憶部３４は、ガス検査者が操作部４を操作して入力したガスの流量を示す流量データＤ３を記憶する。
　記憶部３４は、赤外線カメラ２１と撮像対象Ｔとの距離を示す距離データを予め記憶し、赤外線カメラ２１の特性情報（例えば、赤外線カメラ２１の感度、ノイズ）を予め記憶し、Ｓ／Ｎ比のしきい値を予め記憶している。
　表示制御部３５は、各種画像を表示部５に表示させる。例えば、表示制御部３５は、画像処理部３３によってガス領域を抽出する処理がされた動画を表示部５に表示させたり、ガスを可視化できる領域が赤外画像Ｉｍ１に合成された合成画像Ｉｍ２を表示部５に表示させたりする。
　操作部４は、インターフェース部３２に接続されており、ガス検査者が、ガス検知用画像処理装置３に各種の命令、各種のデータを入力する装置である。命令は、例えば、ガス検知を実行する命令、ガス検知を停止する命令、ガスを可視化できる領域を算出する命令である。データは、例えば、ガスの流量を示す流量データＤ３である。これは、ガスを可視化できる領域の算出に用いられる。この流量は、例えば、ガス漏れによる危険性（ガス爆発）が発生する流量の最低値である。
　表示部５は、上述した各種画像を表示する。
　図１Ｂは、実施形態に係るガス検知用画像処理装置３のハードウェア構成を示すブロック図である。ガス検知用画像処理装置３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）３ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）３ｂ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）３ｃ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）３ｄ、液晶ディスプレイ３ｅ、通信インターフェイス３ｆ、キーボード等３ｇ、及び、これらを接続するバス３ｈを備える。液晶ディスプレイ３ｅは、表示部５を実現するハードウェアである。液晶ディスプレイ３ｅの替わりに、有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ　ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイ等でもよい。通信インターフェイス３ｆは、インターフェース部３２を実現するハードウェアであり、例えば、有線通信用又は無線通信用の通信カードである。キーボード等３ｇは、操作部４を実現するハードウェアである。キーボードの替わりに、タッチパネル、マウスでもよい。
　ＨＤＤ３ｄには、制御処理部３１、画像処理部３３および表示制御部３５について、これらの機能ブロックをそれぞれ実現するためのプログラム、及び、各種データ（例えば、赤外画像Ｉｍ１、気温データＤ１、風速データＤ２）が格納されている。プログラムは、ＨＤＤ３ｄの替わりにＲＯＭ３ｃに記憶してもよい。ガス検知用画像処理装置３は、ＨＤＤ３ｄの替わりに、フラッシュメモリを備え、これらのプログラムおよびデータは、フラッシュメモリに記憶してもよい。ＨＤＤ３ｄは、記憶部３４を実現するハードウェアである。ＨＤＤ３ｄの替わりに、フラッシュメモリでもよい。
　ＣＰＵ３ａは、ハードウェアプロセッサの一例であり、上述したプログラムを、ＨＤＤ３ｄから読み出してＲＡＭ３ｂに展開させ、展開されたプログラムを実行することによって、制御処理部３１、画像処理部３３および表示制御部３５が実現される。但し、これらの機能について、各機能の一部又は全部は、ＣＰＵ３ａによる処理に替えて、又は、これと共に、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）による処理によって実現されてもよい。又、同様に、各機能の一部又は全部は、ソフトウェアによる処理に替えて、又は、これと共に、専用のハードウェア回路による処理によって実現されてもよい。
　図２は、画像処理部３３に含まれる第１算出部３３１と、第２算出部３３２と、合成部３３３との関係を示すブロック図である。第１算出部３３１は、赤外画像Ｉｍ１を基にして、撮像範囲Ｒにおいて、ガスを可視化できる領域を算出する。
　第２算出部３３２は、検知したいガス濃度レベルの指標として入力されるガスの流量をパラメータとして、ガスの濃度厚み積（以下、簡単に「濃度厚み積」と記載することもある）を算出する。濃度厚み積は、撮像対象Ｔが位置する場所の風速、撮像対象Ｔと赤外線カメラ２１との距離、撮像対象Ｔから漏れているガスの流量をパラメータとして算出される。
　第２算出部３３２は、これら３つのパラメータの組み合わせを濃度厚み積に変換する変換テーブル３３４を予め記憶している。第２算出部３３２は、これら３つのパラメータの組み合わせに対応する濃度厚み積が、変換テーブル３３４にない場合、直線補間やスプライン補間をして、ガスの濃度厚み積を算出する。なお、第２算出部３３２は、これら３つのパラメータを用いる三次元補間でガスの濃度厚み積を算出してもよい。
　合成部３３３は、第１算出部３３１が算出した、ガスを可視化できる領域の境界線を生成し、この境界線を、その領域を算出するために用いられた赤外画像Ｉｍ１に合成した合成画像Ｉｍ２を生成する。図３は、合成画像Ｉｍ２の一例を示す模式図である。境界線の内側がガスを可視化できる領域であり、境界線の外側がガスを可視化できない領域である。例えば、合成部３３３は、境界線の内側（ガスを可視化できる領域）を青色にし、境界線の外側（ガスを可視化できない領域）を赤色にする処理をする。
　次に、実施形態を用いたガスを可視化できる領域の算出について説明する。図４は、これを説明するフローチャートである。ガスを可視化できる領域の算出について、赤外画像Ｉｍ１の静止画を例にして説明するが、動画でもよい。動画の場合、各フレームが静止画と同様の処理がされる。
　図１Ａ、図２および図４を参照して、ガス検査者は、ガス検知を実行する前に、操作部４を操作して、検知対象となるガスの流量を指定する。この流量は、ガス漏れによる危険性が発生する流量の最低値である。指定された流量を示す流量データＤ３がインターフェース部３２（第１入力部）に入力され、制御処理部３１は、入力された流量データＤ３を記憶部３４に記憶させる（ステップＳ１）。
　ガス検査者は、操作部４を操作して、ガスを可視化できる領域を算出する命令をする（ステップＳ２）。この命令は、インターフェース部３２に入力される。これにより、制御処理部３１は、赤外線カメラ２１、温度センサー２２、風速センサー２３をそれぞれ制御し、赤外線カメラ２１に撮像対象Ｔの赤外画像Ｉｍ１を撮像させ、温度センサー２２に監視装置２が設置されている場所（撮像対象Ｔが位置する場所）の気温を測定させ、風速センサー２３に監視装置２が設置されている場所（撮像対象Ｔが位置する場所）の風速を測定させる。
　赤外線カメラ２１は、撮像した赤外画像Ｉｍ１をガス検知用画像処理装置３に送り、温度センサー２２は、測定した気温を示す気温データＤ１をガス検知用画像処理装置３に送り、風速センサー２３は、測定した風速を示す風速データＤ２をガス検知用画像処理装置３に送る。これにより、赤外画像Ｉｍ１、気温データＤ１、および、風速データＤ２がインターフェース部３２に入力される。このように、インターフェース部３２（第２入力部）には、赤外線カメラ２１によって撮像された、撮像対象Ｔが写された画像が入力される。制御処理部３１は、インターフェース部３２に入力された赤外画像Ｉｍ１、気温データＤ１、および、風速データＤ２を記憶部３４に記憶させる（ステップＳ３）。
　第２算出部３３２は、ガスの濃度厚み積を算出する（ステップＳ４）。詳しく説明すると、第２算出部３３２は、記憶部３４に記憶されている流量データＤ３（ステップＳ１）を読み出し、記憶部３４に記憶されている風速データＤ２（ステップＳ３）を読み出し、記憶部３４に予め記憶されている距離データ（撮像対象Ｔと赤外線カメラ２１との距離）を読み出す。そして、第２算出部３３２は、変換テーブル３３４を参照して、これら３つのパラメータの組み合わせに割り当てられた濃度厚み積を算出する。
　第１算出部３３１は、記憶部３４に記憶された気温データＤ１（ステップＳ３）を読み出し、この気温データＤ１が示す気温に対応する輝度値を算出する（ステップＳ５）。詳しくは、第１算出部３３１は、記憶部３４に予め記憶されている赤外線カメラ２１の特性情報（例えば、赤外線カメラ２１の感度、ノイズ）をパラメータとして、気温データＤ１で示される気温を、赤外画像Ｉｍ１の輝度値に変換する。この輝度値は、赤外線カメラ２１が、この気温と同じ物体を撮像した時に得られる物体の像の輝度値である。
　第１算出部３３１は、記憶部３４に記憶された赤外画像Ｉｍ１（ステップＳ３）を読み出し、赤外画像Ｉｍ１の各画素の値を輝度値に変換した第１画像を生成する（ステップＳ６）。
　第１算出部３３１は、第１画像の各画素の値（輝度値）と気温に対応する輝度値（ステップＳ５）との差分を示す第２画像を生成する（ステップＳ７）。
　第１算出部３３１は、第２算出部３３２が算出したガスの濃度厚み積（ステップＳ４）を用いて、このガスによる光吸収率を算出する（ステップＳ８）。
　第１算出部３３１は、第２画像の各画素について、画素の値に光吸収率を掛け算した第３画像を生成する（ステップＳ９）。
　第１算出部３３１は、第３画像の各画素について、画素の値Ｓと、赤外線カメラ２１のノイズＮとの比であるＳ／Ｎ比を算出する（ステップＳ１０）。赤外線カメラ２１のノイズＮは、記憶部３４に予め記憶されている。
　第１算出部３３１は、第３画像の各画素について、Ｓ／Ｎ比の絶対値が、予め定められたしきい値（以下、Ｓ／Ｎ比のしきい値）より大きいか否かを判定する。Ｓ／Ｎ比のしきい値は、記憶部３４に予め記憶されている。Ｓ／Ｎ比の絶対値としたのは、第３画像の各画素の値Ｓが、背景と気温との大小関係に依存して、正の値になる場合と負の値になる場合とがあるからである。第１算出部３３１は、Ｓ／Ｎ比の絶対値がＳ／Ｎ比のしきい値より大きい画素で示される領域を、ガスを可視化できる領域と判定し（ステップＳ１１）、これ以外をガスを可視化できない領域と判定する。このように、第１算出部３３１は、赤外線カメラ２１の撮像範囲Ｒにおいて前記流量（検査員が操作部４を操作して入力したガスの流量）のガスが出現している状態で、赤外画像Ｉｍ１が撮像されたとき、撮像範囲Ｒにおいてガスを可視化できる領域を算出する。
　合成部３３３は、第１算出部３３１が算出した、ガスを可視化できる領域の境界線を生成し、記憶部３４から赤外画像Ｉｍ１（ステップＳ３）を読み出し、この赤外画像Ｉｍ１上において、その領域が位置する箇所に境界線を合成し、境界線内外で色を異ならせた合成画像Ｉｍ２を生成する（ステップＳ１２）。合成画像Ｉｍ２は、ガスを可視化できる領域の位置を示す情報となる。
　表示制御部３５は、合成画像Ｉｍ２を表示部５（出力部）に表示させる（ステップＳ１３）。これにより、ガス検査者は、赤外線カメラ２１の撮像範囲Ｒにおいて、ガスを可視化できる領域を把握することができる。
　ガスの流量は一般的に知られた単位なので、ガス検査者に馴染みがある。実施形態によれば、ガス検査者が入力するパラメータをガスの濃度厚み積でなく、ガスの流量にしている。従って、実施形態によれば、ガス検査者がガスの濃度厚み積の知識がなくても、ガスを可視化できる領域を算出することができる。
　実施形態では、ガス検知システム１によってガス検知が実行される前に、ガスを可視化できる領域を算出しているが、ガス検知が実行された後に、ガスを可視化できる領域を算出してもよい。これは、ガス検査者がガス検知の有効性を後で検証するために行われる。記憶部３４は、過去に撮像された赤外画像Ｉｍ１、この赤外画像Ｉｍ１が撮像されたときの気温データＤ１および風速データＤ２を記憶している。ガス検査者は、操作部４を操作して、ガスを可視化できる領域を算出したい赤外画像Ｉｍ１を指定し、ステップＳ１で説明したガスの流量を指定し、ステップＳ２で説明した命令をする。後は、ステップＳ３からステップＳ１３と同様の処理がされる。
　変換テーブル３３４の作成方法の一例について説明する。図５は、変換テーブル３３４の作成に利用される実験設備１００の一例を示す模式図である。実験設備１００は、ガス吐出装置１０１と、赤外線カメラ２１と、背景板１０２と、ファン１０３と、濃度厚み積算出装置１０４と、を備える。
　ガス吐出装置１０１には、検知したいガス１１０が充填されたガスボンベ（不図示）が接続されており、実験者がガス吐出装置１０１の流量調節バルブを調節することにより、ガス吐出装置１０１が放出するガス１１０の流量を調節することができる。
　赤外線カメラ２１は、ガス吐出装置１０１の前方に配置され、ガス吐出装置１０１が放出するガス１１０を撮像する。
　背景板１０２は、ガス吐出装置１０１の後方に配置され、ガス吐出装置１０１が放出するガス１１０の背景となる。背景板１０２の表面は、黒体放射の効率をよくするために、表面加工がなされている（例えば、艶消し塗装）。背景板１０２には、ヒータが内蔵され、このヒータにより背景板１０２の全体の温度を一定の値に調節することができる。
　ファン１０３は、ガス吐出装置１０１が放出するガス１１０に風を送る。ファン１０３の回転速度は、調節することができる。ファン１０３の回転速度を基にして、風速が定められる。
　濃度厚み積算出装置１０４は、ガスの濃度厚み積を算出するプログラムが格納されているコンピュータ装置である。
　ガスの濃度厚み積の算出理論は、以下の通りである。濃度厚み積は、式１で示すガスの光吸収率を基にして算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　αgas（gasは下付き文字）は、ガスの光吸収率である。Ｉ０（０は下付き文字）は、ガス吐出装置１０１からガスが放出されていない状態で撮像された背景板１０２の赤外画像Ｉｍ１の輝度値である。Ｉ１（１は下付き文字）は、ガス吐出装置１０１からガスが放出されている状態で撮像された背景板１０２の赤外画像Ｉｍ１の輝度値である。これらの赤外画像Ｉｍ１の撮像時、背景板１０２の全体の温度は、予め定められた一定値に制御されている。ＩＡ（Ａは下付き文字）は、赤外線カメラ２１の特性情報（感度、ノイズ等）をパラメータとして、ガスの温度を、赤外画像Ｉｍ１の輝度値に変換した値である。なお、ガス吐出装置１０１から放出されたガスの温度が気温と近似できれば（ガス吐出装置１０１内のガス１１０の温度が、気温と等しい又はほぼ等しい）、ガスの温度の替わりに、気温を赤外画像Ｉｍ１の輝度値に変換してもよい。この場合は、ガスの温度の測定が不要となる。
　ガスの光吸収率は、ガスの濃度厚み積の関数である。この関数は、一般的に、式２で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　α（λ）は、ガスの光吸収係数である。ｃｔは、ガスの濃度厚み積である。λ１とλ２とは、積分の対象となる波長範囲である。この波長範囲は、赤外線カメラ２１の感度波長範囲である。
　関数ｆ（ｃｔ）の逆関数が、ガスの濃度厚み積となる。以上より、式１に示す輝度値Ｉ０、Ｉ１、ＩＡから、ガスの濃度厚み積が算出される。なお、関数ｆ（ｃｔ）の逆関数を求めることが難しい場合（例えば、関数ｆ（ｃｔ）が１つの多項式で表されない）、濃度厚み積とガスの光吸収率との関係を示すテーブルが用いられてもよい。式１を用いてガスの光吸収率が算出されると、このテーブルを基にして濃度厚み積が算出される。式１を用いて算出されたガスの光吸収率に対応する濃度厚み積が、テーブルに含まれないとき、補間を用いて、濃度厚み積が算出される。
　以上が、ガスの濃度厚み積の算出理論である。この理論を基にして、変換テーブル３３４を作成する方法について詳しく説明する。図６は、変換テーブル３３４を作成する方法を説明するフローチャートである。
　図５および図６を参照して、赤外線カメラ２１とガス吐出装置１０１との距離がｄ１とする。背景板１０２の全体の温度は、予め定められた一定値に制御されている。実験者は、赤外線カメラ２１を用いて、背景板１０２の赤外画像Ｉｍ３を撮像する（ステップＳ２１）。この撮像時、ガス吐出装置１０１からガス１１０は放出されておらず、ファン１０３は停止している。
　実験者は、赤外画像Ｉｍ３を、濃度厚み積算出装置１０４に保存する。濃度厚み積算出装置１０４は、赤外画像Ｉｍ３の各画素について、画素値を輝度値に変換する。これにより、画素値が輝度値に変換された画像Ｉｍ４が生成される（ステップＳ２２）。
　実験者は、ガス吐出装置１０１からガス１１０を放出させ、ファン１０３を作動させて、ガス１１０に風を送る（ステップＳ２３）。ガス１１０の流量は、ｆ１とし、ファン１０３からガス１１０に送られる風の速度（風速）は、ｗ１とする。背景板１０２の全体の温度は、上記一定値に制御されている。距離ｄ１、流量ｆ１、風速ｗ１のパラメータの下で、実験者は、ガス吐出装置１０１が放出するガス１１０の動画Ｖ１を、赤外線カメラ２１を用いて撮像する（ステップＳ２４）。
　実験者は、動画Ｖ１を、濃度厚み積算出装置１０４に保存する。濃度厚み積算出装置１０４は、動画Ｖ１を構成する各フレーム（赤外画像）の各画素について、画素値を輝度値に変換する。これにより、画素値が輝度値に変換された動画Ｖ２が生成される（ステップＳ２５）。
　濃度厚み積算出装置１０４は、ステップＳ２２で生成された画像Ｉｍ４とステップＳ２５で生成された動画Ｖ２とを用いて、動画Ｖ２を構成する各フレームの各画素について、濃度厚み積を算出する（ステップＳ２６）。濃度厚み積を算出方法は、上述した通りである。
　濃度厚み積算出装置１０４は、濃度厚み積の代表値を算出する（ステップＳ２７）。代表値の算出方法として、第１方法と第２方法とがある。第１方法は、動画Ｖ２を構成する各フレームについて、ガス領域を抽出し、これらのガス領域のそれぞれについて、ガス領域を構成する各画素が示す濃度厚み積の平均値を算出し、これらの平均値を平均した値を代表値とする。第２方法は、動画Ｖ２を構成する各フレームについて、濃度厚み積が最大値を示す画素を特定し、これらの画素が示す濃度厚み積を平均した値を代表値とする。第１方法は、第２方法と比べて、代表値の精度が高くなる。第２方法は、第１方法と比べて、ガス領域の抽出が不要なので、代表値を簡単に算出することができる。
　濃度厚み積算出装置１０４は、ステップＳ２７で算出された代表値を、風速ｗ１、流量ｆ１の組み合わせ対応する濃度厚み積として記録する（ステップＳ２８）。
　風速と流量との組み合わせは、予め複数用意されている。実験者は、全ての組み合わせについて、ステップＳ２１～ステップＳ２８の処理がされたか否かを判断する（ステップＳ２９）。
　実験者は、全ての組み合わせについて、ステップＳ２１～ステップＳ２８の処理がされていないと判断したとき（ステップＳ２９でＮｏ）、風速と流量との組み合わせを変えて、ステップＳ２３を実行する。そして、ステップＳ２４からステップＳ２８が実行される。
　実験者は、全ての組み合わせについて、ステップＳ２１～ステップＳ２８の処理がされたと判断したとき（ステップＳ２９でＹｅｓ）、これにより、距離ｄ１の下で、風速と流量との様々な組み合わせについて、濃度厚み積の算出が終了する（ステップＳ３０）。
　赤外線カメラ２１とガス吐出装置１０１との距離と、動画Ｖ１の各フレームに写るガス像のサイズとは、相関関係を有する。すなわち、距離ｄ１がＮ倍になると、距離ｄ１のときのガス像と比べて、ガス像は、縦横それぞれＮ分の１となる。赤外線カメラ２１とガス吐出装置１０１との距離が変わっても、ガス像の輝度は同じと見なすことができる。このため、距離ｄ１以外の赤外線カメラ２１とガス吐出装置１０１との距離の場合について、実験者が赤外線カメラ２１を用いて画像Ｉｍ３および動画Ｖ１を撮像する必要がない。濃度厚み積算出装置１０４は、距離ｄ１で得られた動画Ｖ２および画像Ｉｍ４を用いて、画像の拡大縮小処理を実施することで、距離ｄ１以外の距離について、濃度厚み積を算出することができる（ステップＳ３１）。以上により、風速、距離、流量の組み合わせが様々な場合について、濃度厚み積が求まるので、変換テーブル３３４を完成することができる。
（実施形態の纏め）
　実際形態の第１局面に係るガス検知用画像処理装置は、検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、前記流量が入力される第１入力部と、撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される第２入力部と、前記撮像装置の撮像範囲において前記流量の前記ガスが出現している状態で、前記画像が撮像されたとき、前記撮像範囲において前記ガスを可視化できる領域を算出する第１算出部と、を備える。
　ガスの流量は一般的に知られた単位なので、ガス検知をする者に馴染みがある。本発明者は、これに着目し、ガス検知をする者が入力するパラメータをガスの濃度厚み積でなく、ガスの流量にした（例えば、ガス漏れによる危険性（ガス爆発）が発生する流量の最低値）。従って、実施形態の第１局面に係るガス検知用画像処理装置によれば、ガス検知をする者がガスの濃度厚み積の知識がなくても、ガスを可視化できる領域を算出することができる。
　ガス検知用画像処理装置は、例えば、ガス漏れの検知に用いることができる。
　上記構成において、前記流量を用いて前記ガスの濃度厚み積を算出する第２算出部をさらに備え、前記第１算出部は、前記濃度厚み積を用いて、前記領域を算出する。
　例えば、前記第２算出部は、前記撮像装置が前記画像を撮像したときに前記撮像対象が位置する場所の風速と、前記撮像対象から前記撮像装置までの距離と、前記流量と、を用いて、前記濃度厚み積を算出する。
　上記構成において、前記撮像範囲での前記領域の位置を示す情報を出力する出力部をさらに備える。
　出力部は、例えば、ガスを可視化できる領域の境界線を生成し、撮像装置によって撮像された、撮像対象（例えば、ガス輸送管）が写された画像上において、その領域が位置する箇所に境界線を合成した合成画像を生成し、この合成画像を、ガスを可視化できる領域の位置を示す情報として出力する。この情報は、ディスプレイに表示されてもよいし、紙に印刷されてもよい。
　この構成によれば、撮像範囲でのガスを可視化できる領域を示す情報が出力されるので、ガス検知する者は、撮像範囲のどの位置がガスを可視化できる領域であるかを容易に認識することができる。
　実施形態の第２局面に係るガス検知用画像処理方法は、検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、前記流量が入力される第１入力ステップと、撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される第２入力ステップと、前記撮像装置の撮像範囲において前記流量の前記ガスが出現している状態で、前記画像が撮像されたとき、前記撮像範囲において前記ガスを可視化できる領域を算出する第１算出ステップと、を備える。
　実施形態の第２局面に係るガス検知用画像処理方法によれば、実施形態の第１局面に係るガス検知用画像処理装置と同様の作用効果を有する。
　本発明の実施形態が詳細に図示され、かつ、説明されたが、それは単なる図例及び実例であって限定ではない。本発明の範囲は、添付されたクレームの文言によって解釈されるべきである。
　２０１８年１月９日に提出された日本国特許出願特願２０１８－００１２２３は、その全体の開示が、その全体において参照によりここに組み込まれる。
　本発明によれば、ガス検知用画像処理装置およびガス検知用画像処理方法を提供することができる。

Claims (5)

  1. 　検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、前記流量が入力される第１入力部と、
    　撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される第２入力部と、
    　前記撮像装置の撮像範囲において前記流量の前記ガスが出現している状態で、前記画像が撮像されたとき、前記撮像範囲において前記ガスを可視化できる領域を算出する第１算出部と、を備えるガス検知用画像処理装置。
  2. 　前記流量を用いて前記ガスの濃度厚み積を算出する第２算出部をさらに備え、
    　前記第１算出部は、前記濃度厚み積を用いて、前記領域を算出する、請求項１に記載のガス検知用画像処理装置。
  3. 　前記第２算出部は、前記撮像装置が前記画像を撮像したときに前記撮像対象が位置する場所の風速と、前記撮像対象から前記撮像装置までの距離と、前記流量と、を用いて、前記濃度厚み積を算出する、請求項２に記載のガス検知用画像処理装置。
  4. 　前記撮像範囲での前記領域の位置を示す情報を出力する出力部をさらに備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のガス検知用画像処理装置。
  5. 　検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、前記流量が入力される第１入力ステップと、
    　撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される第２入力ステップと、
    　前記撮像装置の撮像範囲において前記流量の前記ガスが出現している状態で、前記画像が撮像されたとき、前記撮像範囲において前記ガスを可視化できる領域を算出する第１算出ステップと、を備えるガス検知用画像処理方法。
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