(57)【要約】【課題】測距対象が置かれた環境に応じて、ステレオカメラを用いた測距と光ビームを用いた測距とを使い分けることができる測距装置を提供する。【解決手段】測距装置１００は、ステレオカメラ２と、発光部４と、ステレオカメラが撮影した測距対象の画像を基にして、測距対象までの距離を測定する第１の測距と、発光部が測距対象に光ビームＬを照射して、反射されてきた反射光を基にして、測距対象までの距離を測定する第２の測距と、を選択して実行する測距部１２と、測距対象までの空間に存在する粉塵により、第１の測距ができるか否かを判定する判定部１３と、を備え、測距部は、第１の測距ができない判定がされたとき、第２の測距を実行し、第１の測距ができる判定がされたとき、第１の測距を実行する。【選択図】図１
2020112434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオカメラと、
発光部と、
前記ステレオカメラが撮影した測距対象の画像を基にして、前記測距対象までの距離を測定する第１の測距と、前記発光部が前記測距対象に光ビームを照射して、反射されてきた反射光を基にして、前記測距対象までの距離を測定する第２の測距と、を選択して実行する測距部と、
前記測距対象までの空間に存在する粉塵により、前記第１の測距ができるか否かを判定する判定部と、を備え、
前記測距部は、前記第１の測距ができない判定がされたとき、前記第２の測距を実行し、前記第１の測距ができる判定がされたとき、前記第１の測距を実行する、測距装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記粉塵の濃度を示す指標値を予め定められたしきい値と比較し、前記指標値が前記しきい値を超えているとき、前記第１の測距ができないと判定し、前記指標値が前記しきい値以下のとき、前記第１の測距ができると判定し、
前記指標値は、前記画像に対するエッジ検出によって検出された、前記画像に写る前記測距対象のエッジを構成する画素の数を基にしている、請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記エッジ検出によって検出された前記測距対象のエッジを構成する画素の数をｎ１とし、前記画像に写る、前記測距対象が発生するエリアの面積を構成する画素の数をｎ２とし、前記エッジ検出によって検出されたエッジを構成する画素の数をｎ３とし、前記エッジ検出によって検出された前記エリアの形状を示すエッジを構成する画素の数をｎ４としたとき、前記指標値は下記式で示される、請求項２に記載の測距装置。
ｎ１＝ｎ３−ｎ４
指標値＝ｎ１／ｎ２
【請求項４】
前記測距装置は、ゴミ焼却炉および前記ゴミ焼却炉と連結された配管の少なくとも一方である製品の外部に配置され、前記製品に設けられた、前記製品の内部につながる貫通穴を介して、前記内部に発生した前記測距対象までの距離を測定する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測距装置。
【請求項５】
前記ステレオカメラを構成する一方のカメラと他方のカメラとの間隔は、前記一方のカメラおよび前記他方のカメラが前記貫通穴を介して前記測距対象の撮影が可能となる前記間隔の最大値である、請求項４に記載の測距装置。
【請求項６】
前記発光部は、赤色の波長帯より短い波長帯に含まれる波長を有する前記光ビームを前記測距対象に照射し、
前記測距装置は、前記ステレオカメラと前記貫通穴との間に配置され、前記光ビームの波長に対して透過性を有し、前記赤色の波長帯以上をカットする光学フィルタをさらに備え、
前記測距部は、前記ステレオカメラを構成するカメラの一つを用いて撮影された前記反射光の画像を基にして、三角測量方式で前記測距対象までの距離を測定する前記第２の測距を実行する、請求項４または５に記載の測距装置。
【請求項７】
ステレオカメラが撮影した測距対象の画像を基にして、前記測距対象までの距離を測定する第１の測距と、発光部が前記測距対象に光ビームを照射して、反射されてきた反射光を基にして、前記測距対象までの距離を測定する第２の測距と、を選択して実行する測距方法であって、
前記測距対象までの空間に存在する粉塵により、前記第１の測距ができるか否かを判定する判定ステップと、
前記第１の測距ができない判定がされたとき、前記第２の測距を実行し、前記第１の測距ができる判定がされたとき、前記第１の測距を実行する測距ステップと、を備える測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距装置および測距方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴミ焼却施設において、ゴミ焼却炉およびこれと通じる配管には、ゴミ焼却によって発生した粉塵等が堆積した堆積物（例えば、クリンカ）が付着し、堆積物が徐々に成長する。ゴミ焼却炉に堆積物が成長すると、堆積物が炉内の気体の対流を阻害し、焼却不良が発生する。配管に堆積物が成長すると、配管を通る気体の流れが悪くなり、最悪、配管が詰まる。このため、ゴミ焼却炉および配管に付着した堆積物の厚みを監視する必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１は、ステレオカメラを用いた測距によって、高温炉（例えば、ゴミ焼却炉）に堆積した堆積物の厚みを監視する技術を開示する。例えば、特許文献２は、レーザ光を用いた測距によって、ゴミ焼却炉と連結された配管に堆積した堆積物の厚みを監視する技術を開示する。
【０００４】
ステレオカメラを用いた測距とは、複数箇所に設置されたカメラが撮影した測距対象の画像を基にして、三角測量の原理で測距対象までの距離を測定する。
【０００５】
レーザ光を用いた測距とは、レーザ光を測距対象に照射し、測距対象から反射されてきた反射光を基にして、測距対象までの距離を測定する。レーザ光を用いた測距の方式には、三角測距方式、位相差検出方式、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式がある。光源としてレーザ装置の替わりにＬＥＤを用いることもできるので、レーザ光を用いた測距の替わりに、光ビームを用いた測距と記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−８５０６９号公報
【特許文献２】特開２０１７−２１９４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ステレオカメラを用いた測距、光ビームを用いた測距は、それぞれ長所と短所を有する。本発明者は、測距対象が置かれた環境に応じて、これらの測距を使い分けることができる測距技術について検討した。
【０００８】
本発明の目的は、測距対象が置かれた環境に応じて、ステレオカメラを用いた測距と光ビームを用いた測距とを使い分けることができる測距装置および測距方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１局面に係る測距装置は、ステレオカメラと、発光部と、前記ステレオカメラが撮影した測距対象の画像を基にして、前記測距対象までの距離を測定する第１の測距と、前記発光部が前記測距対象に光ビームを照射して、反射されてきた反射光を基にして、前記測距対象までの距離を測定する第２の測距と、を選択して実行する測距部と、前記測距対象までの空間に存在する粉塵により、前記第１の測距ができるか否かを判定する判定部と、を備え、前記測距部は、前記第１の測距ができない判定がされたとき、前記第２の測距を実行し、前記第１の測距ができる判定がされたとき、前記第１の測距を実行する。
【００１０】
本発明者は、測距対象までの空間に存在する粉塵（塵埃）に着目した。第１の測距（ステレオカメラを用いた測距）は、測距範囲が広い長所を有し、測距対象までの空間に浮遊する粉塵の影響を受けやすい短所を有する（粉塵の濃度が高くなると、測距が不可能となる）。第２の測距（光ビームを用いた測距）は、測距対象までの空間に浮遊する粉塵の影響を受けにくい長所を有し（粉塵の濃度が高くても測距が可能である）、測距範囲が狭い短所を有する。
【００１１】
本発明の第１局面に係る測距装置は、測距対象までの空間に浮遊する粉塵により、第１の測距ができない判定をしたとき、第２の測距を実行し、第１の測距ができる判定をしたとき、第１の測距を実行する。従って、本発明の第１局面に係る測距装置によれば、測距対象が置かれた環境に応じて、ステレオカメラを用いた測距と光ビームを用いた測距とを使い分けることができる。
【００１２】
上記構成において、前記判定部は、前記粉塵の濃度を示す指標値を予め定められたしきい値と比較し、前記指標値が前記しきい値を超えているとき、前記第１の測距ができないと判定し、前記指標値が前記しきい値以下のとき、前記第１の測距ができると判定し、前記指標値は、前記画像に対するエッジ検出によって検出された、前記画像に写る前記測距対象のエッジを構成する画素の数を基にしている。
【００１３】
測距対象までの空間に浮遊する粉塵の濃度が低いとき、ステレオカメラが撮影した画像には、測距対象が有する凹凸形状が反映され、凹凸形状を有する測距対象が写る。これに対して、測距対象までの空間に浮遊する粉塵の濃度が高いとき、ステレオカメラが撮影した画像には、測距対象が有する凹凸形状が反映されず、平坦な測距対象が写る。
【００１４】
本発明者は、ステレオカメラが撮影した測距対象の画像に対するエッジ検出によって検出された、その画像に写る測距対象のエッジを構成する画素の数と、粉塵の濃度とは正の相関関係を有することを見出した。従って、上記画素の数を基にして、粉塵の濃度を示す指標値を定めることができる。判定部は、この指標値を用いて、第１の測距ができるか否かを判定する。
【００１５】
上記構成において、前記エッジ検出によって検出された前記測距対象のエッジを構成する画素の数をｎ１とし、前記画像に写る、前記測距対象が発生するエリアの面積を構成する画素の数をｎ２とし、前記エッジ検出によって検出されたエッジを構成する画素の数をｎ３とし、前記エッジ検出によって検出された前記エリアの形状を示すエッジを構成する画素の数をｎ４としたとき、前記指標値は下記式で示される。
ｎ１＝ｎ３−ｎ４
指標値＝ｎ１／ｎ２
【００１６】
この構成は、指標値の一例を示す。なお、ｎ１自体を指標値にしてもよい。ここでは、レンズが粉塵に汚染されてステレオカメラの視野が狭くなる等の要因によって測距対象が発生するエリアの計測面積が変化することを考慮して、ｎ１／ｎ２を指標値として挙げている。
【００１７】
上記構成において、前記測距装置は、ゴミ焼却炉および前記ゴミ焼却炉と連結された配管の少なくとも一方である製品の外部に配置され、前記製品に設けられた、前記製品の内部につながる貫通穴を介して、前記内部に発生した前記測距対象までの距離を測定する。
【００１８】
製品の内部（ゴミ焼却炉内、配管内）には、測距対象となる堆積物が堆積するので、測距装置を用いて堆積物の厚みを監視する必要がある。測距装置が製品の内部に配置される場合、測距装置を冷却するための設備（冷却用配管等）も製品の内部に配置される必要がある。この場合、測距装置、および、これを冷却するための設備が、製品の内部に配置されているので、これらのメンテナンスに手間を要する。この構成によれば、測距装置、および、これを冷却するための設備が、製品の外部に配置されるので、これらのメンテナンスに手間がかかることはない。
【００１９】
測距装置が製品の内部に配置される場合、測距装置に測距対象が付着することにより、ステレオカメラの視野が妨げられることがある。この構成によれば、測距装置が製品の外部に配置されるので、このようなことは発生しない。
【００２０】
上記構成において、前記ステレオカメラを構成する一方のカメラと他方のカメラとの間隔は、前記一方のカメラおよび前記他方のカメラが前記貫通穴を介して前記測距対象の撮影が可能となる前記間隔の最大値である。
【００２１】
一方のカメラと他方のカメラとの間隔が大きいほど、第１の測距の精度が向上する。測距装置は、製品の外部に配置されており、これらのカメラは、貫通穴を介して製品の内部の測距対象を撮影する。このため、これらのカメラの視野をそれぞれ確保するために、これらのカメラの間隔は、貫通穴の直径の制約を受け、上限値（最大値）がある。この構成によれは、その間隔を最大値に設定することにより、第１の測距の精度を可能な限り向上させている。
【００２２】
上記構成において、前記発光部は、赤色の波長帯より短い波長帯に含まれる波長を有する前記光ビームを前記測距対象に照射し、前記測距装置は、前記ステレオカメラと前記貫通穴との間に配置され、前記光ビームの波長に対して透過性を有し、前記赤色の波長帯以上をカットする光学フィルタをさらに備え、前記測距部は、前記ステレオカメラを構成するカメラの一つを用いて撮影された前記反射光の画像を基にして、三角測量方式で前記測距対象までの距離を測定する前記第２の測距を実行する。
【００２３】
製品の内部は、高温なので、内部から検出される光は、赤色の波長帯以上の波長帯の強度が高い。このため、赤色の波長帯以上の波長帯では、ノイズの強度も高くなる。この構成では、光学フィルタ（例えば、バンドパスフィルタ）によって、赤色の波長帯以上をカットしている。従って、ステレオカメラで撮影された測距対象の画像、および、ステレオカメラを構成するカメラの一つを用いて撮影された反射光の画像は、それぞれ、ＳＮ比を向上させることができる。
【００２４】
本発明の第２局面に係る測距方法は、ステレオカメラが撮影した測距対象の画像を基にして、前記測距対象までの距離を測定する第１の測距と、発光部が前記測距対象に光ビームを照射して、反射されてきた反射光を基にして、前記測距対象までの距離を測定する第２の測距と、を選択して実行する測距方法であって、前記測距対象までの空間に存在する粉塵により、前記第１の測距ができるか否かを判定する判定ステップと、前記第１の測距ができない判定がされたとき、前記第２の測距を実行し、前記第１の測距ができる判定がされたとき、前記第１の測距を実行する測距ステップと、を備える。
【００２５】
本発明の第２局面に係る測距方法は、本発明の第１局面に係る測距装置を方法の観点から規定しており、本発明の第１局面に係る測距装置と同様の作用効果を有する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、測距対象が置かれた環境に応じて、ステレオカメラを用いた測距と光ビームを用いた測距とを使い分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係る測距装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ガス化溶融炉の一部を示す模式図である。
【図３】図１に示す測距装置と、この測距装置が配置された配管との関係を示す模式図である。
【図４】ポートを上方からみた平面図である。
【図５】溶融炉の内部で燃焼中に、配管の内部で測定されたスペクトルを示すグラフである。
【図６】配管の内部に浮遊する粉塵の濃度が低い状態において、ステレオカメラが撮影した配管の内部の画像を示す画像図である。
【図７】配管の内部に浮遊する粉塵の濃度が高い状態において、ステレオカメラの一方のカメラが撮影した配管の内部の画像を示す画像図である。
【図８】指標値を算出する工程を説明するフローチャートである。
【図９】二値化処理された画像の一例を示す画像図である。
【図１０】エッジ検出処理がされた画像の一例を示す画像図である。
【図１１】堆積物のエッジを示す画像の一例を示す画像図である。
【図１２】実施形態に係る測距装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。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。本明細書において、総称する場合にはハイフンを省略した参照符号で示し（例えば、カメラ２０）、個別の構成を指す場合にはハイフンを付した参照符号で示す（例えば、カメラ２０−１、カメラ２０−２）。
【００２９】
図１は、実施形態に係る測距装置１００の構成を示すブロック図である。図２は、ガス化溶融炉２００の一部を示す模式図である。図３は、測距装置１００と、測距装置１００が配置された配管２０３との関係を示す模式図である。図２を参照して、ガス化溶融炉２００は、溶融炉２０１と、ボイラ２０２と、これらをつなぐ配管２０３と、を備える。溶融炉２０１には、ゴミが熱分解されることによって生成された可燃性ガスおよびチャー（炭状の未然物）が供給される。溶融炉２０１で、これらが燃焼される。燃焼により生成されたスラグは、出滓口２０４から排出される。燃焼により発生した熱は、ボイラ２０２によって回収され、蒸気が発生する。
【００３０】
配管２０３の内壁には、測距対象の一例である堆積物３００が付着している。堆積物３００は、クリンカ（溶結状の灰）であり、溶融炉２０１で可燃性ガスおよびチャーが燃焼されたときに発生した粉塵が堆積することにより生成される。配管２０３の内壁に付着した堆積物３００の厚みを監視するために、測距装置１００が用いられる。測距装置１００の配置位置Ｐ１は、配管２０３の外部の上側である。
【００３１】
図１および図３を参照して、測距装置１００は、本体部１と、ステレオカメラ２と、バンドパスフィルタ３と、発光部４と、筐体５と、を備える。本体部１、ステレオカメラ２、バンドパスフィルタ３および発光部４は、筐体５の内部に配置されている。筐体５の前面には、ガラス窓部５０が形成されている。
【００３２】
配管２０３には、配管２０３の内部を観察できるポート７が形成されている。ポート７はノズルと称されることがある。ポート７は、ポート本体７１と、フランジ７２と、を備える。ポート本体７１は、配管２０３と通じる貫通穴７３を有する短い筒状の部材である。フランジ７２は、ポート本体７１の上端部の周囲に形成されている。測距装置１００は、ガラス窓部５０を貫通穴７３と対向させて、フランジ７２に固定される。
【００３３】
ステレオカメラ２は、２台のカメラ２０により構成される。カメラ２０は、可視光カメラである。カメラ２０−１のレンズ２１−１の前面にはバンドパスフィルタ３−１が取り付けられており、カメラ２０−２のレンズ２１−２の前面にはバンドパスフィルタ３−２が取り付けられている。バンドパスフィルタ３の詳細は、後で説明する。
【００３４】
カメラ２０−１のレンズ２１−１は、ガラス窓部５０−１と対向して配置されている。カメラ２０−１の画角は、ガラス窓部５０−１および貫通穴７３を介して  配管２０３の内部に設定されている。同様に、カメラ２０−２のレンズ２１−２は、ガラス窓部５０−２と対向して配置されている。カメラ２０−２の画角は、ガラス窓部５０−２および貫通穴７３を介して  配管２０３の内部に設定されている。
【００３５】
カメラ２０の画角（視野）に堆積物３００が存在すると、堆積物３００の厚みが大きくなるに従って、測定された距離が短くなる。配管２０３の内部に堆積物３００が存在しない状態で測定された距離と、配管２０３の内部に堆積物３００が存在した状態で測定された距離との差が、堆積物３００の厚みとなる。
【００３６】
発光部４は、例えば、レーザダイオードである。発光部４の出力は、例えば、４０ｍＷである。発光部４が出射する光ビームＬの波長は、例えば、５２０ｎｍである。レーザダイオードの替わりに発光ダイオードでもよい。
【００３７】
発光部４は、ガラス窓部５０−３と対向して配置されている。発光部４は、ガラス窓部５０−３および貫通穴７３を介して、配管２０３の内部の測定点Ｐ２に光ビームＬを照射する。測定点Ｐ２は、カメラ２０−１の画角およびカメラ２０−２の画角に入る範囲に設定されている。測定点Ｐ２に堆積物３００が存在すると、堆積物３００の厚みが大きくなるに従って、測定点Ｐ２までの距離が短くなる。配管２０３の内部に堆積物３００が存在しない状態で測定された測定点Ｐ２までの距離と、配管２０３の内部に堆積物３００が存在した状態で測定された測定点Ｐ２までの距離との差が、堆積物３００の厚みとなる。
【００３８】
図１を参照して、本体部１は、機能ブロックとして、制御処理部１０と、通信部１１と、測距部１２と、判定部１３と、を備えるコンピュータ装置である。制御処理部１０、測距部１２および判定部１３は、ハードウェアプロセッサである。詳しくは、これらは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及び、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等のハードウェア、上記機能ブロックの機能を実行するためのプログラム及びデータ等によって実現される。
【００３９】
制御処理部１０は、本体部１の各部（通信部１１、測距部１２、判定部１３）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。
【００４０】
通信部１１は、制御処理部１０の制御に従って通信を行うための通信回路である。通信部１１は、ガス化溶融炉２００（図２）を制御する中央制御室４００に配置されたコンピュータ装置４０１と通信する。通信部１１は、通信インターフェース回路によって実現される。
【００４１】
測距部１２は、第１の測距と第２の測距とを選択的に実行する。第１の測距は、ステレオカメラ２を用いた測距である。測距部１２は、ステレオカメラ２が撮影した堆積物３００の画像、すなわち、カメラ２０−１およびカメラ２０−１がそれぞれ撮影した堆積物３００の画像を基にして、三角測量方式で堆積物３００までの距離を測定する。測距部１２は、測定した距離を基にして堆積物３００の厚みを算出する。
【００４２】
第２の測距は、光ビームＬを用いた測距である。第２の測距には、発光部４とステレオカメラ２の一方のカメラ２０が用いられる。一方のカメラ２０は、発光部４が測定点Ｐ２に光ビームＬを照射して、反射されてきた反射光の画像を撮影する。測距部１２は、反射光の画像を基にして、三角測量方式で、測定点Ｐ２までの距離を測定する。測距部１２は、測定した距離を基にして、堆積物３００の厚みを算出する。
【００４３】
制御処理部１０は、コンピュータ装置４０１を宛先として、測距部１２が算出した堆積物３００の厚みを示す厚み情報を、通信部１１に送信させる。コンピュータ装置４０１は、受信した厚み情報が示す厚みを、コンピュータ装置４０１のディスプレイに表示させる。
【００４４】
判定部１３は、堆積物３００までの空間に存在する粉塵（塵埃）により、第１の測距ができるか否かを判定する。測距部１２は、判定部１３が第１の測距をできない判定をしたとき、第２の測距を実行し、判定部１３が第１の測距をできる判定をしたとき、第１の測距を実行する。
【００４５】
ステレオカメラ２と発光部４の配置関係について説明する。図４は、ポート７を上方からみた平面図である。図３および図４を参照して、ポート７に形成された貫通穴７３の直径Ｄは、例えば、８０ｍｍであり、フランジ７２を含むポート７の直径は、例えば、１６０ｍｍである。ステレオカメラ２を構成するカメラ２０−１とカメラ２０−２との間隔Ｓは、カメラ２０−１およびカメラ２０−２が貫通穴７３を介して堆積物３００（測距対象）の撮影が可能となる間隔Ｓの最大値にされている。
【００４６】
２つのカメラ２０の間隔Ｓが大きいほど、ステレオカメラ２を用いた測距（第１の測距）の精度が向上する。測距装置１００は、配管２０３の外部に配置されており、２つのカメラ２０は、貫通穴７３を介して配管２０３の内部の堆積物３００を撮影する。このため、２つのカメラ２０のそれぞれの視野を確保するために、２つのカメラ２０の間隔Ｓは、貫通穴７３の直径Ｄの制約を受け、上限値（最大値）がある。実施形態によれは、間隔Ｓを最大値に設定することにより、ステレオカメラ２を用いた測距の精度を可能な限り向上させている。
【００４７】
具体的に説明する。平面視した貫通穴７３の中心を中央にして、一方側にカメラ２０−１が配置され、他方側にカメラ２０−２が配置されている。中央からカメラ２０−１までの距離、中央からカメラ２０−２までの距離がそれぞれ、４０ｍｍとする（従って、２つカメラ２０の間隔Ｓは、８０ｍｍとなる）。この場合、計算によれば、ステレオカメラ２を用いた測距（第１の測距）は、誤差±３５ｍｍ程度にできることが分かった。
【００４８】
発光部４は、カメラ２０−１とカメラ２０−２との間であって、平面視した貫通穴７３の中心に配置されている。発光部４とカメラ２０−１との間隔および発光部４とカメラ２０−１との間隔はそれぞれ、４０ｍｍとなる。この場合、計算によれば、光ビームＬを用いた測距（第２の測距）の誤差は、±１００ｍｍ程度にできることが分かった。
【００４９】
バンドパスフィルタ３（光学フィルタの一例）について説明する。図５は、溶融炉２０１の内部で燃焼中に、配管２０３（図２）の内部で測定されたスペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は、スペクトルの波長を示す。グラフの左縦軸は、分光器が出力した分光強度を示す。グラフの右縦軸は、ハイパースペクトルカメラが出力した分光強度を示す。分光器、ハイパースペクトルカメラのそれぞれを用いて、スペクトルを測定した。
【００５０】
溶融炉２０１の内部は、高温なので、これと接続された配管２０３の内部も高温となる。従って、測定されたスペクトルは、赤色の波長帯以上の波長帯の強度が高い。このため、赤色の波長帯以上の波長帯では、ノイズの強度も高くなる。また、Ｎａ等の元素に起因する輝線を示す波長があり（例えば、５８０ｎｍ付近）、これはノイズとなる。バンドパスフィルタ３は、光ビームＬの波長（例えば、５２０ｎｍ）を含む波長帯（例えば、５２４ｎｍ±４６ｎｍ）に対して透過性を有し、これ以外の波長帯をカットする。従って、ステレオカメラ２（カメラ２０−１，２０−２）で撮影された堆積物３００の画像、および、ステレオカメラ２を構成するカメラ２０の一つを用いて撮影された反射光の画像は、それぞれ、ＳＮ比を向上させることができる。
【００５１】
図１および図３を参照して、判定部１３は、配管２０３の内部に浮遊している粉塵の濃度を示す指標値を予め定められたしきい値と比較し、指標値がしきい値を超えているとき、第１の測距ができないと判定し、指標値がしきい値以下のとき、第１の測距ができると判定する。指標値は、ステレオカメラ２が撮影した堆積物３００の画像に対するエッジ検出によって検出された、その画像に写る堆積物３００のエッジを構成する画素の数を基にしている。
【００５２】
指標値について詳しく説明する。図６は、配管２０３の内部に浮遊する粉塵の濃度が低い状態において、ステレオカメラ２が撮影した配管２０３の内部の画像Ｉｍ１を示す画像図である。図３および図６を参照して、画像Ｉｍ１−１は、カメラ２０−１（左カメラ）が撮影した画像である。画像Ｉｍ１−２は、カメラ２０−２（右カメラ）が撮影した画像である。画像Ｉｍ１は、貫通穴７３を介して撮影されているので、配管２０３の内部のうち、貫通穴７３と対向する部分が写されている。この部分に堆積した堆積物３００が画像Ｉｍ１に写るので、この部分を、堆積物３００が堆積するエリア３０１（測距対象が発生するエリア）とする。エリア３０１の全体に堆積物３００が堆積している。貫通穴７３の内壁に堆積物（不図示）が堆積していなければ、エリア３０１の形状は、円形となる。貫通穴７３の内壁に堆積物（不図示）が堆積していれば、エリア３０１の形状は、円形とならずに、この堆積物の形状を反映したいびつな形状となる。
【００５３】
配管２０３の内部に浮遊する粉塵（測距対象までの空間に浮遊する粉塵）の濃度が低いとき、ステレオカメラ２が撮影した画像Ｉｍ１には、堆積物３００が有する凹凸形状が反映され、凹凸形状を有する堆積物３００が写る。画像Ｉｍ１−１に写された堆積物３００の一部分３０２と、画像Ｉｍ１−２に写された堆積物３００の一部分３０３とは同じである。堆積物３００の一部分３０２，３０３は、見やすくするために、白点線で囲む処理がされている。
【００５４】
これに対して、配管２０３の内部に浮遊する粉塵の濃度が高いとき、ステレオカメラ２が撮影した画像Ｉｍ１には、堆積物３００が有する凹凸形状が反映されず、平坦な堆積物３００が写る。これを図７に示す。図７は、配管２０３の内部に浮遊する粉塵の濃度が高い状態において、ステレオカメラ２の一方のカメラ２０−１（左カメラ）が撮影した配管２０３の内部の画像Ｉｍ１−３を示す画像図である。画像Ｉｍ１−３において、堆積物３００の表面の凹凸形状がほとんど写されていない。なお、画像Ｉｍ１−３は、発光部４が光ビームＬを堆積物３００に照射した状態で撮影されており、光ビームＬの反射光ＲＬは写されている。
【００５５】
本発明者は、ステレオカメラ２が撮影した堆積物３００の画像Ｉｍ１に対するエッジ検出によって検出された、画像Ｉｍ１に写る堆積物３００のエッジを構成する画素の数と、粉塵の濃度とは正の相関関係を有することを見出した。従って、上記画素の数を基にして、粉塵の濃度を示す指標値を定めることができる。判定部１３は、この指標値を用いて、第１の測距ができるか否かを判定する。
【００５６】
指標値の例を説明する。エッジ検出によって検出された堆積物３００（測距対象）のエッジを構成する画素の数をｎ１とし、画像Ｉｍ１に写る、エリア３０１（測距対象が発生するエリア）の面積を構成する画素の数をｎ２とし、エッジ検出によって検出されたエッジを構成する画素の数をｎ３とし、エッジ検出によって検出されたエリア３０１の形状（外形）を示すエッジを構成する画素の数をｎ４としたとき、指標値は下記式で示される。
ｎ１＝ｎ３−ｎ４
指標値＝ｎ１／ｎ２
【００５７】
この指標値を算出する工程について説明する。図８は、この工程を説明するフローチャートである。図１および図８を参照して、判定部１３は、ステレオカメラ２の一方のカメラ２０が撮影した堆積物３００の画像Ｉｍ１（不図示）に対して、二値化処理をする（ステップＳ１）。これにより、二値化処理された画像Ｉｍ２が生成される。図９は、画像Ｉｍ２の一例を示す画像図である。
【００５８】
判定部１３は、画像Ｉｍ２に対してエッジ検出処理をする（ステップＳ２）。これにより、エッジ検出処理がされた画像Ｉｍ３が生成される。図１０は、画像Ｉｍ３の一例を示す画像図である。エリア３０１内において、堆積物３００の複数のエッジ３０４が検出されている。これらのエッジ３０４を構成する画素の数が、ｎ１となる。これに加えて、エリア３０１の形状（外形）を示す線もエッジ３０５として検出されている。エッジ３０５を構成する画素の数が、ｎ４となる。従って、エッジ検出によって検出されたエッジを構成する画素の数ｎ３は、ｎ１＋ｎ４となる（すなわち、ｎ１＝ｎ３−ｎ４）。
【００５９】
判定部１３は、画像Ｉｍ３からエッジ３０５を除去する（ステップＳ３）。これにより、堆積物３００のエッジ３０４を示す画像Ｉｍ４が生成される。図１１は、画像Ｉｍ４の一例を示す画像図である。
【００６０】
判定部１３は、図１１に示す画像Ｉｍ４に写された堆積物３００のエッジ３０４を構成する画素の数ｎ１をカウントし、図９に示す画像Ｉｍ２に写されたエリア３０１の面積を構成する画素の数ｎ２をカウントする（ステップＳ４）。
【００６１】
判定部１３は、指標値（＝ｎ１／ｎ２）を算出する（ステップＳ５）。  
【００６２】
次に、測距装置１００の動作について説明する。図１２は、この動作を説明するフローチャートである。図１および図１２を参照して、測距装置１００に測距を開始する命令がされると、判定部１３は、指標値を算出する（ステップＳ１１）。これについては、図８で説明した。判定部１３は、指標値が予め定められたしきい値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００６３】
判定部１３が、指標値がしきい値以下と判定したとき（ステップＳ１２でＮｏ）、測距部１２は、第１の測距（ステレオカメラ２を用いた測距）を実行する（ステップＳ１３）。測距部１２は、測距を終了する命令がされたか否かを判断する（ステップＳ１４）。測距部１２は、測距を終了する命令がされたと判断したとき（ステップＳ１４でＹｅｓ）、測距を終了する（ステップＳ１５）。測距部１２は、測距を終了する命令がされていないと判断したとき（ステップＳ１４でＮｏ）、測距装置１００は、ステップＳ１１の処理に戻る。
【００６４】
判定部１３が、指標値がしきい値を超えていると判定したとき（ステップＳ１２でＹｅｓ）、測距部１２は、第２の測距（光ビームＬを用いた測距）を実行し（ステップＳ１６）、測距装置１００はステップＳ１４を実行する。
【００６５】
実施形態の主な効果を説明する。図３を参照して、本発明者は、配管２０３（測距対象までの空間）に浮遊する粉塵に着目した。第１の測距（ステレオカメラ２を用いた測距）は、測距範囲が広い長所を有し、配管２０３に存在する粉塵の影響を受けやすい短所を有する（粉塵の濃度が高くなると、測距が不可能となる）。第２の測距（光ビームＬを用いた測距）は、配管２０３に浮遊する粉塵の影響を受けにくい長所を有し（粉塵の濃度が高くても測距が可能である）、測距範囲が狭い短所を有する。
【００６６】
図３および図１２を参照して、測距装置１００は、配管２０３に浮遊する粉塵により、第１の測距ができない判定をしたとき（ステップＳ１２でＹｅｓ）、第２の測距を実行し（ステップＳ１６）、第１の測距ができる判定をしたとき（ステップＳ１２でＮｏ）、第１の測距を実行する（ステップＳ１３）。従って、実施形態によれば、堆積物３００（測距対象）が置かれた環境に応じて、ステレオカメラ２を用いた測距と光ビームＬを用いた測距とを使い分けることができる。
【００６７】
測距装置１００が配管２０３（製品）の内部に配置される場合、測距装置１００を冷却するための設備（冷却用配管等）も配管２０３の内部に配置される必要がある。この場合、測距装置１００、および、これを冷却するための設備が、配管２０３の内部に配置されているので、これらのメンテナンスに手間を要する。実施形態によれば、測距装置１００、および、これを冷却するための設備（不図示）が、配管２０３の外部に配置されるので、これらのメンテナンスに手間がかかることはない。
【００６８】
測距装置１００が配管２０３の内部に配置される場合、測距装置１００に堆積物３００が付着することにより、ステレオカメラ２の視野が妨げられることがある。実施形態によれば、測距装置１００が配管２０３の外部に配置されるので、このようなことは発生しない。
【符号の説明】
【００６９】
２  ステレオカメラ
２０（２０−１，２０−２）  カメラ
３（３−１，３−２）  バンドパスフィルタ
４  発光部
７  ポート（ノズル）
７１  ポート本体
７２  フランジ
７３  貫通穴
１００  測距装置
２０３  配管
３００  堆積物（測距対象の一例）
３０１  堆積物が堆積するエリア
３０２，３０３  堆積物の一部分
３０４，３０５  エッジ
Ｄ  貫通穴の直径
Ｌ  光ビーム
Ｐ１  配置位置
Ｐ２  測定点
ＲＬ  反射光
Ｓ  ２つのカメラの間隔
【図１】
2020112434.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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