(57)【要約】【課題】検知対象の背景の変動に影響されることなく、所定位置における検知対象の有無を正確に検知することが可能な検知装置を実現する。【解決手段】本発明に係る検知装置１０は、所定位置における検知対象の有無を検知する検知装置であって、上記所定位置を撮影して、上記所定位置および上記所定位置の背景から構成される画像Ｄ１を出力するデジタルカメラ１ａと、撮影方向がデジタルカメラ１ａの撮影方向と同一であり、上記所定位置または上記所定位置の周囲を撮影して、背景が画像Ｄ１の背景と同一である画像Ｄ２を出力するデジタルカメラ１ｂと、画像Ｄ１と画像Ｄ２との差分である差分画像Ｄ３を生成する差分画像生成部５と、差分画像Ｄ３に基づいて、上記検知対象の有無を判定する判定部６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定位置における検知対象の有無を検知する検知装置であって、
上記所定位置を撮影して、上記所定位置および上記所定位置の背景から構成される第１の画像を出力する第１のカメラと、
撮影方向が上記第１のカメラの撮影方向と同一であり、上記所定位置または上記所定位置の周囲を撮影して、背景が上記第１の画像の背景と同一である第２の画像を出力する第２のカメラと、
上記第１の画像と上記第２の画像との差分である差分画像を生成する差分画像生成手段と、
上記差分画像に基づいて、上記検知対象の有無を判定する判定手段とを備えることを特徴とする検知装置。
【請求項２】
上記第２の画像は、上記所定位置を含み、
上記第１の画像の上記所定位置の平均輝度と上記第２の画像の上記所定位置の平均輝度とを一致させる輝度補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の検知装置。
【請求項３】
上記第１のカメラの撮影のタイミングは、上記第２のカメラの撮影のタイミングと同時であることを特徴とする請求項１または２に記載の検知装置。
【請求項４】
上記所定位置は、煙突の排出口の周囲の所定領域であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項５】
上記所定領域の形状は、扇形であり、
上記判定手段は、
上記差分画像の上記所定領域を矩形領域に変換する矩形画像変換手段と、
上記矩形領域を微小領域に分割する分割手段と、
上記検知対象に対応する微小領域の分布に基づいて、上記検知対象が上記排出口からの噴出物であるか否かを評価する検知対象評価手段とを備えることを特徴とする請求項４に記載の検知装置。
【請求項６】
所定位置における検知対象の有無を検知する検知方法であって、
第１のカメラによって上記所定位置を撮影して、上記所定位置および上記所定位置の背景から構成される第１の画像を生成する第１の撮影ステップと、
撮影方向が上記第１のカメラの撮影方向と同一である第２のカメラによって、上記所定位置または上記所定位置の周囲を撮影して、背景が上記第１の画像の背景と同一である第２の画像を生成する第２の撮影ステップと、
上記第１の画像と上記第２の画像との差分である差分画像を生成する差分画像生成ステップと、
上記差分画像に基づいて、上記検知対象の有無を判定する判定ステップとを有することを特徴とする検知方法。
【請求項７】
上記第２の画像は、上記所定位置を含み、
上記差分画像生成ステップの前に、上記第１の画像の上記所定位置の平均輝度と上記第２の画像の上記所定位置の平均輝度とを一致させる輝度補正ステップを有することを特徴とする請求項６に記載の検知方法。
【請求項８】
上記第１のカメラの撮影のタイミングは、上記第２のカメラの撮影のタイミングと同時であることを特徴とする請求項６または７に記載の検知方法。
【請求項９】
上記所定位置は、煙突の排出口の周囲の所定領域であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の検知方法。
【請求項１０】
上記所定領域の形状は、扇形であり、
上記判定ステップは、
上記差分画像の上記所定領域を矩形領域に変換する矩形画像変換ステップと、
上記矩形領域を微小領域に分割する分割ステップと、
上記検知対象に対応する微小領域の分布に基づいて、上記検知対象が上記排出口からの噴出物であるか否かを評価する検知対象評価ステップとを含むことを特徴とする請求項９に記載の検知方法。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の検知装置の各手段として、コンピュータを機能させるための検知プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の検知プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定位置における検知対象の有無を検知する検知装置に関し、特に、煙突からの煙の排出の有無を検知する検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
煙突を備える工場では、煙突から排出される煙や水蒸気を最小限に抑制する処理を行う場合がある。この場合、処理が正常に行われていることを確認するために濃度計などのセンサが用いられるが、これと併せて、煙突からの発煙の有無を人間による目視によっても監視していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、煙突からの発煙の有無を人間に常時監視させることは現実的ではない。また、目視による監視では、煙等が薄い場合、発煙の検知が困難である。
【０００４】
そこで、煙突の排出口付近をデジタルカメラによって撮影し、撮影した画像を解析することにより、煙突からの発煙の有無を検知する方法が考えられる。この方法では、排出口付近の所定の領域に、煙等が存在するか否かを検知することにより、発煙の有無を自動的に検知している。
【０００５】
デジタルカメラは、排出口よりも低い位置に設置されるので、デジタルカメラの撮影方向は、地上から排出口を見上げる方向となる。このため通常は、天空が排出口の背景となる。ここで、デジタルカメラの撮影画像における排出口付近の背景に雲が存在すると、画像解析において、雲が煙突からの煙等であると判定されるおそれがある。また、実験において、雲と煙突からの煙等とを区別するために、画像解析において、移動体を抽出する処理を行った。これにより、雲が存在していても、ある程度の精度で、煙突からの発煙の有無を検知することが可能になった。しかしながら、煙等が存在していても煙等を雲であると判定したケースもあった。このように、特に曇天下では、煙突からの発煙の有無を正確に検知することが難しいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、検知対象の背景の変動に影響されることなく、所定位置における検知対象の有無を正確に検知することが可能な検知装置および検知方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る検知装置は、所定位置における検知対象の有無を検知する検知装置であって、上記所定位置を撮影して、上記所定位置および上記所定位置の背景から構成される第１の画像を出力する第１のカメラと、撮影方向が上記第１のカメラの撮影方向と同一であり、上記所定位置または上記所定位置の周囲を撮影して、背景が上記第１の画像の背景と同一である第２の画像を出力する第２のカメラと、上記第１の画像と上記第２の画像との差分である差分画像を生成する差分画像生成手段と、上記差分画像に基づいて、上記検知対象の有無を判定する判定手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
上記の構成によれば、第１のカメラから出力される第１の画像は、上記所定位置および上記所定位置の背景から構成され、第２のカメラから出力される第２の画像は、背景が上記第１の画像の背景と同一である。そのため、差分画像生成手段が第１の画像と上記第２の画像との差分をとることによって生成される差分画像では、背景が黒または所定の輝度を有する均一な表示領域となる。すなわち、第１および第２の画像の背景がいかなるものであっても、差分画像には背景は表示されず、検知対象が存在する場合のみ、差分画像の所定位置に当該検知対象が表示される。そのため、判定手段は、差分画像の所定位置に検知対象が表示されているか否かに基づいて、検知対象の有無を判定できる。したがって、検知対象の背景の変動に影響されることなく、所定位置における検知対象の有無を正確に検知することが可能な検知装置を実現することができる。
【０００９】
本発明に係る検知装置では、上記第２の画像は、上記所定位置を含み、上記第１の画像の上記所定位置の平均輝度と上記第２の画像の上記所定位置の平均輝度とを一致させる輝度補正手段をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
上記の構成によれば、第１の画像における背景の各画素と、第２の画像における対応する背景の各画素とは、輝度が等しくなるので、差分画像の背景の輝度を０にすることができる。したがって、判定部による所定位置における検知対象の有無の判定をさらに容易に行うことができる。
【００１１】
本発明に係る検知装置では、上記第１のカメラの撮影のタイミングは、上記第２のカメラの撮影のタイミングと同時であることが好ましい。
【００１２】
上記の構成によれば、第１および第２の画像の背景の変化が激しい場合であっても、第１の画像の背景と第２の画像の背景とが同一となるので、検知対象の背景の変動に影響されない。
【００１３】
本発明に係る検知装置では、上記所定位置は、煙突の排出口の周囲の所定領域であることが好ましい。
【００１４】
上記の構成によれば、排出口からの発煙の有無の検知が可能となる。
【００１５】
本発明に係る検知装置では、上記所定領域の形状は、扇形であり、上記判定手段は、上記差分画像の上記所定領域を矩形領域に変換する矩形画像変換手段と、上記矩形領域を微小領域に分割する分割手段と、上記検知対象に対応する微小領域の分布に基づいて、上記検知対象が上記排出口からの噴出物であるか否かを判定する噴出物検知手段とを備えることが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、噴出物検知手段が、検知対象が排出口からの噴出物であるか否かを判定するので、排出口付近に鳥などの飛翔体が存在していても、該飛翔体を排出口からの噴出物であると誤認することがない。そのため、より正確に排出口からの発煙の有無を検知することができる。
【００１７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る検知方法は、所定位置における検知対象の有無を検知する検知方法であって、第１のカメラによって上記所定位置を撮影して、上記所定位置および上記所定位置の背景から構成される第１の画像を生成する第１の撮影ステップと、撮影方向が上記第１のカメラの撮影方向と同一である第２のカメラによって、上記所定位置または上記所定位置の周囲を撮影して、背景が上記第１の画像の背景と同一である第２の画像を生成する第２の撮影ステップと、上記第１の画像と上記第２の画像との差分である差分画像を生成する差分画像生成ステップと、上記差分画像に基づいて、上記検知対象の有無を判定する判定ステップとを有することを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、第１のカメラから出力される第１の画像は、上記所定位置および上記所定位置の背景から構成され、第２のカメラから出力される第２の画像は、背景が上記第１の画像の背景と同一である。そのため、差分画像生成ステップにおいて、第１の画像と上記第２の画像との差分をとることによって生成される差分画像では、背景は黒または所定の輝度を有する均一な表示領域となる。すなわち、第１および第２の画像の背景がいかなるものであっても、差分画像の背景に模様等は表示されず、検知対象が存在する場合のみ、差分画像の所定位置に検知対象が表示される。そのため、判定ステップでは、差分画像の所定位置に検知対象が表示されているか否かに基づいて、検知対象の有無を判定できる。したがって、検知対象の背景の変動に影響されることなく、所定位置における検知対象の有無を正確に検知することが可能な検知方法を実現することができる。
【００１９】
本発明に係る検知方法では、上記第２の画像は、上記所定位置を含み、上記差分画像生成ステップの前に、上記第１の画像の上記所定位置の平均輝度と上記第２の画像の上記所定位置の平均輝度とを一致させる輝度補正ステップを有することが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、第１の画像の背景の各画素と、第２の画像の対応する背景の各画素とは、輝度が等しくなるので、差分画像の背景の輝度を０にすることができる。したがって、判定ステップでの所定位置における検知対象の有無の判定をさらに容易に行うことができる。
【００２１】
本発明に係る検知方法では、上記第１のカメラの撮影のタイミングは、上記第２のカメラの撮影のタイミングと同時であることが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、第１および第２の画像の背景の変化が激しい場合であっても、第１の画像の背景と第２の画像の背景とが同一となるので、検知対象の背景の変動に影響されない。
【００２３】
本発明に係る検知方法では、上記所定位置は、煙突の排出口の周囲の所定領域であることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、排出口からの発煙の有無の検知が可能となる。
【００２５】
本発明に係る検知方法では、上記所定領域の形状は、扇形であり、上記判定ステップは、上記差分画像の上記所定領域を矩形領域に変換する矩形画像変換ステップと、上記矩形領域を微小領域に分割する分割ステップと、上記検知対象に対応する微小領域の分布に基づいて、上記検知対象が上記排出口からの噴出物であるか否かを判定する噴出物検知ステップとを含むことが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、噴出物検知ステップにおいて検知対象が排出口からの噴出物であるか否かが判定されるので、排出口付近に鳥などの飛翔体が存在していても、該飛翔体を排出口からの噴出物であると誤認することがない。そのため、より正確に排出口からの発煙の有無を検知することができる。
【００２７】
上記検知装置は、ハードウェアで実現してもよいし、プログラムをコンピュータに実行させることによって実現してもよい。具体的には、本発明に係る検知プログラムは、上記検知装置の各手段としてコンピュータを機能させるプログラムであり、本発明に係る記録媒体には、当該検知プログラムが記録されている。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明に係る検知装置は、所定位置における検知対象の有無を検知する検知装置であって、上記所定位置を撮影して、上記所定位置および上記所定位置の背景から構成される第１の画像を出力する第１のカメラと、撮影方向が上記第１のカメラの撮影方向と同一であり、上記所定位置または上記所定位置の周囲を撮影して、背景が上記第１の画像の背景と同一である第２の画像を出力する第２のカメラと、上記第１の画像と上記第２の画像との差分である差分画像を生成する差分画像生成手段と、上記差分画像に基づいて、上記検知対象の有無を判定する判定手段とを備える構成である。また、本発明に係る検知方法は、所定位置における検知対象の有無を検知する検知方法であって、第１のカメラによって上記所定位置を撮影して、上記所定位置および上記所定位置の背景から構成される第１の画像を生成する第１の撮影ステップと、撮影方向が上記第１のカメラの撮影方向と同一である第２のカメラによって、上記所定位置または上記所定位置の周囲を撮影して、背景が上記第１の画像の背景と同一である第２の画像を生成する第２の撮影ステップと、上記第１の画像と上記第２の画像との差分である差分画像を生成する差分画像生成ステップと、上記差分画像に基づいて、上記検知対象の有無を判定する判定ステップとを有する構成である。したがって、検知対象の背景の変動に影響されることなく、所定位置における検知対象の有無を正確に検知することが可能な検知装置および検知方法を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る発煙検知装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る発煙検知装置の概略構成を示す図である。
【図３】上記発煙検知装置の２台のデジタルカメラの撮影方向を示す説明図である。
【図４】（ａ）は、上記デジタルカメラの一方の撮影画像を示す図であり、上記デジタルカメラの他方の撮影画像を示す図である。
【図５】図４（ａ）および（ｂ）に示す２つの画像から生成された差分画像の一例を示す図である。
【図６】上記差分画像を示す図である。
【図７】上記差分画像における扇形領域を矩形領域に変換する処理を示す図である。
【図８】多数のセクタに分割された上記矩形領域を示す図である。
【図９】排出口から発煙している状態を撮影した画像の特徴を一覧表示したクラスデータ一覧を示す図である。
【図１０】クラスの概念を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施の一形態について、図１〜図１０に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００３１】
図２は、本実施形態に係る発煙検知装置１０の概略構成を示す図である。発煙検知装置１０は、煙突２０の排出口２１からの煙や水蒸気（以下、「噴出体」とする）の有無を検知する装置であり、２台のデジタルカメラ１ａ・１ｂおよび画像処理装置２を備えている。デジタルカメラ１ａ・１ｂは、カメラハウジング・アライメント機構によって互いに近接して設置されており、それぞれ特許請求の範囲に記載の第１のカメラおよび第２のカメラに相当する。画像処理装置２は、例えば、汎用のパーソナルコンピュータで構成される。また、画像処理装置２は、デジタルカメラ１ａ・１ｂの設置場所から離れた計器室等に設けられており、ケーブルラック等の屋外配線を介してデジタルカメラ１ａ・１ｂと接続されている。
【００３２】
図３は、デジタルカメラ１ａ・１ｂの撮影方向を示す説明図である。同図に示すように、デジタルカメラ１ａの撮影方向Ａとデジタルカメラ１ｂの撮影方向Ｂとは、互いに平行になっている。
【００３３】
デジタルカメラ１ａは、排出口２１の周囲の所定領域（所定位置）を撮影して、図４（ａ）に示す画像Ｄ１（第１の画像）を画像処理装置２に出力する。これにより、画像Ｄ１は、排出口２１および排出口２１の背景である天空から構成される。デジタルカメラ１ｂは、撮影方向がデジタルカメラ１ａの撮影方向と同一であり、排出口２１の周囲の所定領域を撮影して、図４（ｂ）に示す画像Ｄ２（第２の画像）を画像処理装置２に出力する。これにより、画像Ｄ２は、画像Ｄ１と同様、排出口２１および排出口２１の背景である天空から構成される。
【００３４】
ここで、背景に含まれる雲等とデジタルカメラ１ａ・１ｂとの距離は、排出口２１とデジタルカメラ１ａ・１ｂとの距離と比較して、ほぼ無限遠とみなすことができる。さらに、図３に示すように、デジタルカメラ１ａの撮影方向Ａとデジタルカメラ１ｂの撮影方向Ｂとは、互いに平行である。したがって、画像Ｄ１の背景と画像Ｄ２の背景とはほぼ同一となる。
【００３５】
図２に示す画像処理装置２は、画像Ｄ１および画像Ｄ２に基づき、排出口２１からの発煙の有無を検知する機能を有している。画像処理を行うための構成について、図１を参照して説明する。
【００３６】
図１は、本実施形態に係る発煙検知装置１０の機能的構成を示すブロック図である。画像処理装置２は、インターフェース部（図中「ＩＦ部」）３ａ・３ｂ、輝度補正部（輝度補正手段）４、差分画像生成部（差分画像生成手段）５および判定部（判定手段）６を備えている。インターフェース部３ａ・３ｂは、画像処理装置２をそれぞれデジタルカメラ１ａ・１ｂと接続するためのインターフェースである。デジタルカメラ１ａからの画像Ｄ１およびデジタルカメラ１ｂからの画像Ｄ２は、それぞれインターフェース部３ａ・３ｂを介して輝度補正部４に入力される。
【００３７】
輝度補正部４は、画像Ｄ１・Ｄ２の輝度を補正する機能ブロックである。具体的には、輝度補正部４は、画像Ｄ１の排出口２１の周囲の所定領域の平均輝度と画像Ｄ２の排出口２１の周囲の所定領域の平均輝度とが等しくなるように、画像Ｄ１・Ｄ２の輝度を補正する。これにより、画像Ｄ１の背景の各画素と、画像Ｄ２の対応する背景の各画素とは、輝度が等しくなる。輝度が補正された画像Ｄ１・Ｄ２は、差分画像生成部５に入力される。
【００３８】
差分画像生成部５は、画像Ｄ１と画像Ｄ２との差分である差分画像Ｄ３を生成する機能ブロックである。具体的には、差分画像生成部５は、画像Ｄ１および画像Ｄ２の対応する画素同士について、一方の画素の輝度成分から他方の画素の輝度成分を減算し、全ての画素同士について同様の演算を行うことにより、差分画像Ｄ３を生成する。
【００３９】
図５は、図４に示す画像Ｄ１および画像Ｄ２から生成された差分画像Ｄ３の一例を示す図である。前述のように、画像Ｄ１の背景と画像Ｄ２の背景とは同一であり、輝度補正部４により、画像Ｄ１の背景全体の輝度と画像Ｄ２の背景全体の輝度とが等しくなっている。したがって、画像Ｄ１および画像Ｄ２の対応する画素がどちらも背景部分に位置する場合は、それらの画素は、輝度が互いに等しくなるので、減算後の画素の輝度は０となる。なお、差分前の画像Ｄ１および画像Ｄ２にそれぞれノイズ成分が重畳している場合には差分後の輝度は背景領域においても０にはならないが、ノイズどうしの差分により残留する輝度値の大きさは検出対象のそれと比較して十分小さいので、差分後の輝度値が指定値以下のときには当該画素の輝度値を０とすることにより、背景領域の輝度値が０である画像を生成することができる。
【００４０】
一方、画像Ｄ１および画像Ｄ２の対応する画素のうち、一方が背景以外の部分（煙突および噴出体の部分）に位置する場合は、それらの画素は、輝度が互いに異なるので、減算後の画素の輝度は０以外の値となる。よって、差分画像Ｄ３の背景部分は、全て黒色で示され、差分画像Ｄ３において、画像Ｄ１の煙突および噴出体の部分および画像Ｄ２の煙突および噴出体の部分に対応する部分は、黒色以外の色で示される。これにより、差分画像Ｄ３には、煙突および噴出体のみが表示され、画像Ｄ１・Ｄ２の背景に含まれる雲等は表示されない。
【００４１】
差分画像Ｄ３は、図１に示す判定部６に入力され、判定部６は、差分画像Ｄ３に基づいて、排出口２１からの発煙の有無を判定する。ここで、差分画像Ｄ３には、画像Ｄ１・Ｄ２の背景が表示されないので、雲が排出口２１からの噴出体であると誤って判定されることはない。したがって、判定部６は、背景の変動に影響されることなく、排出口２１からの発煙の有無を正確に検知することができる。
【００４２】
なお、１台のデジタルカメラからの画像に基づいて発煙の有無を判定する従来の方法では、噴出体を背景部分と区別するために、画像から移動体を抽出する処理が必要であった。具体的には、２つの画像を連続して撮影し、前のコマとの単純な差分をとる方法（フレーム差分）、逐次更新される平均画像との差分をとる方法（背景差分）、過去ｎコマの輝度の平均・分散に基づき、画素毎に閾値を計算する方法、または、過去一定時間の各画素がどの範囲で変化したかに基づいて計算する方法等を行っていた。
【００４３】
これに対し、本実施形態では、差分画像Ｄ３に背景が表示されないので、上記のような移動体を抽出する処理を必要としない。これにより、従来に比べ演算量を減らすことができる。したがって、判定部６は、より迅速に発煙の有無を判定することができる。
【００４４】
なお、排出口２１の近傍に建物などの固定物体が存在する場合、差分画像Ｄ３では、背景に固定物体が残存する。この場合、背景の固定物体と噴出体とを区別するため、上記の移動体抽出処理が必要となる。そのため、差分画像Ｄ３の背景に固定物体があるか否かによって、移動体抽出処理の実行可否を選択する構成としてもよい。
【００４５】
本実施形態では、判定部６は、排出口２１の周囲の所定範囲に黒色以外の部分が存在するか否かを検出し、さらに、黒色以外の部分が存在する場合、当該部分が噴出体であるか否かを判定する機能を有している。続いて、黒色以外の部分が排出口からの噴出体であるか否かを判定する具体的な方法について、図６〜図１１を参照して説明する。
【００４６】
図６は、判定部６に入力される差分画像Ｄ３を示す図である。なお、図６では、図５に示す差分画像Ｄ３の左側の煙突および噴出体の図示を省略している。
【００４７】
噴出体の移動方向は、風向きによって変化するものの、図６に示す扇形領域Ｒを通過する。そこで、判定部６は、扇形領域Ｒに黒色以外の部分が存在するか否かを検出し、扇形領域Ｒに黒色以外の部分が存在する場合、当該部分が噴出体であるか否かを判定する。また、本実施形態では、黒色以外の部分が噴出体であるか否かを判定する方法として、従来のように、領域の形状特徴（面積、縦横比、複雑度、各種モーメント等）を画像処理で解析する方法ではなく、以下に記載する６次元の特徴空間を採用している。これにより、噴出体であるか否かをより客観的に判定することが可能となっている。
【００４８】
まず、図７に示すように、差分画像Ｄ３における扇形領域Ｒを矩形領域に変換する処理を行う。図７（ａ）は、扇形領域Ｒを示しており、扇形領域Ｒには、黒色以外の部分（以下「検知対象」とする）が含まれている。続いて、ランベルト等積方位図からメルカトル図への変換と同一の要領で、扇形領域Ｒを矩形領域に変換する。具体的には、図７（ｂ）に示すように、扇形領域Ｒの外周を縮め扇形領域Ｒの内周を伸ばす画像処理を行う。これにより、図７（ｃ）に示すように、扇形領域Ｒは、矩形領域に変換される。
【００４９】
図７（ｃ）では、矩形領域の右側に検知対象が表示されている。そこで、検知対象が矩形領域の中央に表示されるように、画像変換処理を行う。具体的には、図７（ｄ）に示すように、矩形領域の両端を繋いで円筒形に丸め、図７（ｅ）に示すように、検知対象のピークが手前に位置するように、円筒形を回転させる。続いて、図７（ｆ）に示すように、円筒形の中心軸に対して検知対象のピークと反対側の側面を切ることにより、検知対象が中央に表示された矩形領域に変換される。なお、この矩形領域では、縦方向が扇形領域Ｒの半径方向ｒに対応し、横方向が扇形領域Ｒの端部からの角度θに対応する。この矩形領域を便宜上２次画像とする。
【００５０】
続いて、２次画像から特徴を抽出する。本実施形態では、６次元のラベリング特徴方式を採用している。まず、図８に示すように、２次画像を多数のセクタ（微小領域）に分割して、セクタ毎に輝度値を積算し、セクタの面積で除算して当該セクタの平均輝度値を算出する。検知対象を含まないセクタは黒色であるので、平均輝度は０となる。一方、検知対象に対応するセクタの平均輝度は０以外の値となる。なお、平均輝度が０でないセクタを非ゼロセクタとする。
【００５１】
なお、図７に示す扇形領域から矩形領域への変換処理、および図８に示す２次画像を多数のセクタに分割する処理はそれぞれ、判定部６が備える図示しない矩形画像変換手段および分割手段によって行われる。
【００５２】
続いて、以下の（１）〜（６）の６次元の特徴を２次画像から抽出する。
（１）非ゼロセクタの総数
（２）非ゼロセクタプロファイルのピーク値
（３）非ゼロセクタプロファイルの平均値
（４）非ゼロセクタプロファイルのＦＷＨＭ
（５）非ゼロセクタプロファイルのメインローブ以外の非ゼロセクタの総数
（６）非ゼロセクタプロファイルのメインローブ以外の非ゼロセクタの平均値
これらの特徴を抽出した後、これらの特徴が検知対象の特徴を示すものであるか否かの判定を行う。すなわち、６入力・１出力の機能を有する何らかの評価手段を構築する必要がある。このような評価の方法として、たとえば、重回帰分析やニューラルネットワークなどの手法が一般に知られている。本実施例ではそのうちの１手法である、マハラノビス距離に基づく判定方法を用いた。
【００５３】
マハラノビス距離に基づく評価は、以下の手順により行われる。まず、排出口から発煙している状態を撮影した画像を多数採取する。続いて、各画像から抽出された特徴の集合であるクラスデータを作成する。続いて、検知対象を含む２次画像から、前述のように６次元の特徴を抽出し、検出された特徴に対応する計測データとクラスの中心との距離に基づき、検知対象が煙突からの噴出体であるかの判定を行う。
【００５４】
以下、マハラノビス距離に基づく評価について具体的に説明する。
【００５５】
図９は、排出口から発煙している状態を撮影した画像の特徴を一覧表示したクラスデータ一覧を示す図である。クラスデータ一覧には、撮影した画像に対応する各データ１〜ｎの特徴の各項目１〜ｋ、並びに各項目の平均および標準偏差が含まれている。同一覧では、データ１の項目１〜ｋの各成分をＸ１１〜Ｘｋ１とし、以下同様に、データｎの項目１〜ｋの各成分をＸ１ｎ〜Ｘｋｎとしている。また、各データ１〜ｎの項目１の平均をｍ１ 、標準偏差をσ１ とし、以下同様に、各データ１〜ｎの項目ｋの平均をｍｋ 、標準偏差をσｋ としている。
【００５６】
ここで、項目間相関行列の逆行列をａｉｊとすると、各データ１〜ｎのマハラノビス距離は、
【００５７】
【数１】
2011043357.tif 000003
【００５８】
となる。判定基準となるマハラノビス距離は、平均値で規格化した方が使いやすいので、
【００５９】
【数２】
2011043357.tif 000004
【００６０】
として、規格化されたマハラノビス距離をあらためて、
【００６１】
【数３】
2011043357.tif 000005
【００６２】
で定義する。
【００６３】
検知対象を含む２次画像からも同様に特徴値ｘ１〜ｘｋを求め、これを式（２）に適用することにより、検知対象のマハラノビス距離が求められる。この距離が１と同程度以下であれば、当該検知対象が噴出体であると判定される。
【００６４】
図１０は、クラスの概念を示す図である。紙上に６次元特徴空間を描画することができないためここでは２次元のモデルを記載した。計測点Ｐ１〜Ｐ３は、検知対象を含む２次画像から抽出された特徴に対応する計測データである。検知対象が噴出体であるか否かの判定は、対応する計測点がクラスに対する距離が所定値以下（例えば１．６）であるか否かに基づいて行われる。ここで、クラスに対する距離とは、クラスの中心から計測点に向かう方向における、クラスの中心とクラスの輪郭との距離に対する、クラスの中心と計測点との距離の比率を意味する。
【００６５】
例えば計測点Ｐ１は、クラスに対する距離が０．８であるので、検知対象が噴出体であると判定される。また、計測点Ｐ２も、クラスに対する距離が１．５であるので、検知対象が噴出体であると判定される。一方、計測点Ｐ３は、クラスに対する距離が３．０であるので、検知対象は噴出体ではないと判定される。以上のように、マハラノビス距離に基づく判定方法による評価により、検知対象が噴出体であるか否かを客観的に判定することができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、図１に示す輝度補正部４によって画像Ｄ１・Ｄ２の輝度を補正していたが、輝度補正部４を介さずに画像Ｄ１・Ｄ２を差分画像生成部５に入力してもよい。この場合、２台のデジタルカメラの撮影感度のばらつきにより、画像Ｄ１の背景の各画素の輝度と、画像Ｄ２の対応する背景の各画素の輝度とが、互いに異なっていると、差分画像生成部５によって生成される差分画像の背景は、黒色とはならない。しかしながら、画像Ｄ１の背景の輝度分布と画像Ｄ２の背景の輝度分布とは等しくなるため、差分画像の背景は、一定の輝度を有する領域となる。すなわち、画像Ｄ１・Ｄ２の背景に雲等が存在していても、差分画像の背景には、雲等は表示されない。したがって、差分画像に基づいて背景以外の部分を容易に検知することが可能である。
【００６７】
また、本実施形態では、画像Ｄ１・Ｄ２には、いずれも煙突部分が含まれていたが、画像Ｄ１・Ｄ２のいずれか一方は、煙突部分を含まない背景のみの画像であってもよい。この場合、画像Ｄ１・Ｄ２は、輝度補正部４を介さずに差分画像生成部５に入力される。なお、画像Ｄ１・Ｄ２がいずれも煙突部分を含む場合、画像Ｄ１における煙突部分の相対位置と画像Ｄ２における煙突部分の相対位置とが異なることが望ましい。
【００６８】
また、本実施形態では、デジタルカメラ１ａの撮影タイミングとデジタルカメラ１ｂの撮影タイミングとは同時であったが、背景の変化が緩やかな場合は、同時でなくてもよい。すなわち、画像Ｄ１の背景と画像Ｄ２の背景とが同一である限り、撮影のタイミングが多少異なっていてもよい。
【００６９】
また、本実施形態は、差分画像生成部５によって生成された差分画像Ｄ３を２次画像に変換して、検知対象が噴出体であるかを判定する構成であったが、煙突の排出口付近に鳥などの飛翔体が存在することが非常に稀である条件下であれば、差分画像Ｄ３における排出口周辺の所定領域に検知対象が存在するか否かのみに基づいて、発煙の有無の判定を行ってもよい。この場合でも、発煙の有無をほぼ確実に検知することができ、図１に示す判定部６における演算量をさらに減らすことができる。
【００７０】
最後に、図１に示す発煙検知装置１０の画像処理装置２が備える各構成、特に、輝度補正部４、差分画像生成部５および判定部６は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【００７１】
すなわち、画像処理装置２は、各機能を実現する検知プログラムの命令を実行するＣＰＵ、前記プログラムを格納したＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、前記プログラムを展開するＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、前記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである画像処理装置２の検知プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、画像処理装置２に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出して実行することによっても、達成可能である。
【００７２】
記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【００７３】
また、画像処理装置２を通信ネットワークと接続可能に構成し、前記プログラムコードを、通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（ｖｉｒｔｕａｌ ｐｒｉｖａｔｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、第３．９世代以降の携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、前記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【００７４】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、煙突からの発煙の有無の検知の他、火山の噴火口からの噴煙の有無の検知にも利用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１ａ  デジタルカメラ（第１のカメラ）
１ｂ  デジタルカメラ（第２のカメラ）
２    画像処理装置
４    輝度補正部（輝度補正手段）
５    差分画像生成部（差分画像生成手段）
６    判定部（判定手段）
１０  発煙検知装置（検知装置）
２０  煙突
２１  排出口
Ｄ１  画像（第１の画像）
Ｄ２  画像（第２の画像）
Ｄ３  差分画像
Ｒ    扇形領域
【図１】
2011043357.tif 000006
【図２】
2011043357.tif 000007
【図３】
2011043357.tif 000008
【図４】
2011043357.tif 000009
【図５】
2011043357.tif 000010
【図６】
2011043357.tif 000011
【図７】
2011043357.tif 000012
【図８】
2011043357.tif 000013
【図９】
2011043357.tif 000014
【図１０】
2011043357.tif 000015