(57)【要約】【課題】  コンベアで搬送される鉄鉱石などの塊状物質の性状測定の際に、塊状物質の周囲でのミストの発生の有無を判定する。【解決手段】  本発明のコンベア上の塊状物質周囲のミスト判定方法は、コンベア３上を搬送される塊状物質４の周囲でのミスト発生の有無を、撮像装置５による撮像画像に基づいて判定する方法であって、前記塊状物質を撮影した撮像画像内の影の輝度の頻度が、撮像画像内の影の輝度を超える輝度の頻度に基づいて決定した値以下である場合に、コンベア上の塊状物質の周囲にミストが発生していると判定する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンベア上を搬送される塊状物質の周囲でのミスト発生の有無を撮像画像に基づいて判定する方法であって、
前記塊状物質を撮影した撮像画像内の影の輝度の頻度が、撮像画像内の影の輝度を超える輝度の頻度に基づいて決定した値以下である場合に、コンベア上の塊状物質の周囲にミストが発生していると判定することを特徴とする、コンベア上の塊状物質周囲のミスト判定方法。
【請求項２】
前記影の輝度の頻度が、撮像画像内の影の輝度を超える輝度の最大頻度に予め定めた所定の係数を掛けた値以下である場合に、コンベア上の塊状物質の周囲にミストが発生していると判定することを特徴とする、請求項１に記載のコンベア上の塊状物質周囲のミスト判定方法。
【請求項３】
コンベア上を搬送される塊状物質の性状の測定に、請求項１または請求項２に記載のコンベア上の塊状物質周囲のミスト判定方法を利用することを特徴とする、コンベア上の塊状物質の性状測定方法。
【請求項４】
前記塊状物質の性状とは、前記塊状物質の粒度分布であることを特徴とする、請求項３に記載のコンベア上の塊状物質の性状測定方法。
【請求項５】
前記塊状物質の性状とは、前記塊状物質の粉率であることを特徴とする、請求項３に記載のコンベア上の塊状物質の性状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンベアで搬送される鉄鉱石やコークスなどの塊状物質の性状測定の際に、塊状物質の周囲でのミストの発生の有無を判定する方法、及び、その判定方法を利用したコンベア上の塊状物質の性状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石やコークスなどの塊状の原料を用いた高炉などの製造設備においては、原料の粒度が製造プロセスの操業に影響する。そのため、製造プロセスを安定させるには、事前に原料の粒度情報を把握する必要がある。特に、高炉においては、鉱石、コークスといった原料の粒度の把握が重要であり、高炉内の通気性を確保するために、高炉に装入する原料に付着した微細な粉の粉率にも注意して操業を行う必要がある。尚、粉率とは、装入量全質量に占める粉の質量の比率を意味する。
【０００３】
高炉の通気性を維持するためには、塊状の装入物間に形成される空隙を確保することが重要である。装入物に小塊や粉が多く含まれると、塊状の装入物間の空隙が小塊や粉で埋められて、通気性が悪化する。これを防止するために、装入原料を事前に篩い分けして篩い上の塊のみを高炉に装入する操作が行われている。一般に、高炉装入前の篩い分けにより、コークスは２５ｍｍ以上または３５ｍｍ以上に、焼結鉱や鉄鉱石は５ｍｍ以上または２５ｍｍ以上に粒度調整することが多い。
【０００４】
しかし、通常の篩い分け操作では、細粒原料を完全に除去することは困難である。特に、塊状原料に付着した粉状原料は塊状原料とともに高炉に装入され、高炉内では、塊状原料と粉状原料とが分離してしまうので、塊状原料に付着した粉状原料の量を事前に把握し、高炉へ装入される粉状原料の量を極力少なく管理することが求められる。
【０００５】
高炉原料の粒度や粉率の分析は、従来、定期的な原料のサンプリング及び篩い分けによって行われてきたが、この分析には時間を費やすので、搬送される原料をリアルタイムで分析することはできなかった。
【０００６】
そこで、原料の粒度をリアルタイムで分析する手段が多数提案されている。例えば、特許文献１には、搬送体に載せられて移動中の粉粒体を撮像機により撮像し、画像処理によりその粒度分布を計測する装置において、前記粉粒体の撮像照明を行う閃光照明装置と、該閃光照明装置と前記撮像機とを制御する制御装置と、撮像された画像を画像処理して粒度分布解析する粒度分布解析装置と、を有する粒度分布計測装置が提案されている。また、特許文献２には、ベルトコンベアを搬送される塊状の原材料に、斜め上方から光を照射し、塊状の原材料から散乱された光をカメラで採取し、採取画像について画像処理を行って該採取画像の輝度分布を得、該輝度分布における最大ピークのピーク値から粒度を検知する粒度検知方法が提案されている。
【０００７】
特許文献１や特許文献２では、原料のエッジ部分を画像から判定して粒径を求めたり、また、原料表面の輝度を利用したりして、粉率を測定している。原料、特にコークスであれば、コークス炉から直送されて熱を持った状態で運ばれるものや、ヤードに野ざらしにされて水分を多く含むものなどが存在する。そのような状態でコンベア上を運搬されているので、季節による寒暖差や湿度差などの要因でコークス周囲にミストが発生する。ミストが発生した状態では撮像画像がぼやけたり、白く覆われてしまったりして、測定値が異常になるという問題がある。
【０００８】
特許文献３には、塊状物質の周囲に発生するミストを検知する技術ではないが、トンネル内などに設置されるテレビカメラの映像を画像処理して、トンネル内などでの火災を検知する装置が提案されている。具体的には、予め火災または煙が発生していないときの画像（元画像）を利用して輝度ヒストグラムを求め、火災または煙が発生しているときに輝度ヒストグラムが元画像と異なることを利用して、輝度ヒストグラムのピークに閾値を定め、火災または煙を検知するという技術である。
【０００９】
しかしながら、特許文献３の技術をコンベア上の塊状物質の周囲に発生するミスト検知に適用しようとすると、塊状物質は撮像ごとに性状が異なり色合いが変化し、輝度ヒストグラムが撮像ごとに大きく変化するため、特許文献３に記載された画像の輝度ヒストグラムのピークに単純に閾値を設ける方法ではミスト検知は極めて困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１８１１６９号公報
【特許文献２】特開２０００−３２９６８３号公報
【特許文献３】特開平８−２０２９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コンベアで搬送される鉄鉱石やコークスなどの塊状物質の性状測定の際に、塊状物質の周囲でのミストの発生の有無を判定する方法を提供することであり、また、その判定方法を利用したコンベア上の塊状物質の性状測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］コンベア上を搬送される塊状物質の周囲でのミスト発生の有無を撮像画像に基づいて判定する方法であって、
前記塊状物質を撮影した撮像画像内の影の輝度の頻度が、撮像画像内の影の輝度を超える輝度の頻度に基づいて決定した値以下である場合に、コンベア上の塊状物質の周囲にミストが発生していると判定することを特徴とする、コンベア上の塊状物質周囲のミスト判定方法。
［２］前記影の輝度の頻度が、撮像画像内の影の輝度を超える輝度の最大頻度に予め定めた所定の係数を掛けた値以下である場合に、コンベア上の塊状物質の周囲にミストが発生していると判定することを特徴とする、上記［１］に記載のコンベア上の塊状物質周囲のミスト判定方法。
［３］コンベア上を搬送される塊状物質の性状の測定に、上記［１］または上記［２］に記載のコンベア上の塊状物質周囲のミスト判定方法を利用することを特徴とする、コンベア上の塊状物質の性状測定方法。
［４］前記塊状物質の性状とは、前記塊状物質の粒度分布であることを特徴とする、上記［３］に記載のコンベア上の塊状物質の性状測定方法。
［５］前記塊状物質の性状とは、前記塊状物質の粉率であることを特徴とする、上記［３］に記載のコンベア上の塊状物質の性状測定方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、原料性状や照度変化などの外乱の影響を受けることなく、コンベアで搬送される鉄鉱石やコークスなどの塊状物質周囲でのミストの発生有無を判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す概略図であって、高炉のコークス用コンベアに、ミスト判定方法を適用したコークスの粉率測定装置を設置した概要図である。
【図２】ミストが発生していないときの撮像機によるコークスの画像である。
【図３】ミストが発生していないときの粉率判定機による輝度ヒストグラムである。
【図４】ミストが発生しているときの撮像機によるコークスの画像である。
【図５】ミストが発生しているときの粉率判定機による輝度ヒストグラムである。
【図６】粉率判定機による輝度ヒストグラムにおいて、３種類の閾値の決定方法を示す説明図である。
【図７】コンベア上の影Ｓに相当する輝度の最大頻度を時系列順にプロットしたグラフである。
【図８】輝度レベルＡを超える輝度の最大頻度を時系列順にプロットしたグラフである。
【図９】影Ｓに相当する輝度の最大頻度を、輝度レベルＡ超の輝度範囲での最大頻度で割った比率を時系列順にプロットしたグラフである。
【図１０】粉率測定結果及びミスト発生の有無の判定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１６】
本発明に係るミスト判定方法は、コンベア上を運搬されている堆積塊状物質を或る一定以上の光量下でカメラ撮像すると、堆積塊状物質に必ず生ずる影に着目し、撮像画像内の影に相当する或る輝度以下の輝度群の頻度（画素数）が、撮像画像内の影の輝度を超える輝度の頻度（画素数）に基づいて決定した値（閾値）以下である場合に、コンベア上を搬送される塊状物質の周囲にミストが発生していると判定する。
【００１７】
コンベア上の塊状物質は堆積しているので、或る一定以上の光量下でカメラ撮像すれば、必ず影が生じる。塊状物質周囲にミストが発生していなければ、この影に相当する輝度は撮像機ごとに常に一定の範囲にあり、原料の性状変化に依存しない。一方、ミストが発生していれば、前記影にミストが覆いかぶさり、影に相当する輝度が正の方向へ全体的に上昇する。したがって、通常、影に相当する輝度が存在する輝度範囲に、輝度が存在しなければ、ミストが発生していると判定する。
【００１８】
本発明の実施形態の一例について図面を用いて説明する。ここでは、塊状物質を搬送する例として高炉において使用されるコークスを搬送するコンベアを示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態の一例を示す概略図であり、高炉のコークス用コンベアに、ミスト判定方法を適用したコークスの粉率測定装置を設置した概要図である。図１において、符号１はホッパー、２は篩い分け器、３はコンベア、４はコークス、５は撮像機（カメラ）、６は粉率判定機、７は投光器である。投光器７は夜間の撮影などに使用するもので、太陽光の存在下では必ずしも使用する必要はない。
【００２０】
高炉に装入する直前のコークス４は、コークス４を収納するホッパー１の後段に配置される篩い分け器２によって細かい粉が落とされ、コンベア３によって高炉へ輸送される。コンベア上には篩い分け器２の目開き寸法よりも大きい粒と篩い切れなかった付着粉とが残る。高炉を効率的に操業するために、主に付着粉で構成される粉の比率（粉率）を、撮像機５と粉率判定機６とからなる粉率測定装置で測定する。
【００２１】
ミスト判定方法について述べる。今回の撮像機５で撮った画像は、９６６×１２９６画素で、モノクロ画像１２bitである。輝度値は０〜４０９６を示す。
【００２２】
図２は、ミストが発生していないときの撮像機５によるコークス４の画像、図３は、ミストが発生していないときの粉率判定機６による輝度ヒストグラムである。
【００２３】
図２に示すように、或る一定以上の光量下で撮影された画像内ではコンベア上の堆積したコークス４によって生じた影Ｓが撮影されている。この撮像機５では、影Ｓに相当する輝度は輝度１７０以下であり（影Ｓの輝度の最大値は輝度＝１７０）、本明細書では、図３に示すように、影Ｓに相当する輝度の最大値（輝度＝１７０）を輝度レベルＡと定義する。或る一定以上の光量下においては、影Ｓに相当する輝度レベルＡ以下の範囲の輝度は、コークス４の表面性状に依存せずに、ほぼ一定の範囲に存在する。
【００２４】
これに対して、図４は、ミスト発生時の撮像機５によるコークス４の画像で、図５は、ミスト発生時の粉率判定機６による輝度ヒストグラムである。ミストが発生しているときは、図４に示すように、影Ｓにミストが被り、影Ｓが白くぼやける。したがって、ミストが発生しているときは、ミストが発生していないときの輝度ヒストグラム（図３）と比べると、図５に示すように、影Ｓが白くぼやけることで、影Ｓの輝度値が全体的に正に上昇している。
【００２５】
本発明では、ミスト発生時の影Ｓに相当する輝度が全体的に正に上昇することを利用して、ミストの発生の有無を判定する。この影Ｓに相当する輝度の上昇を利用することで、撮像ごとのコークス性状である色合いに依存せず、安定したミスト判定が可能になる。
【００２６】
本発明は、撮像画像内の影Ｓの輝度、つまり、輝度レベルＡを超える輝度の頻度に基づいて閾値を決定し、図３に示すように、撮像画像内の影Ｓの輝度の頻度が、決定した閾値を超える場合には、コンベア上の塊状物質の周囲にミストが発生していないと判定し、図５に示すように、撮像画像内の影Ｓの輝度の頻度が、決定した閾値以下である場合に、コンベア上の塊状物質の周囲にミストが発生していると判定する。
【００２７】
この閾値を決定する際に、基準となる輝度の頻度を定める方法は複数の方法があるので、図６を参照して、以下に説明する。尚、図６は、輝度ヒストグラムにおいて、３種類の閾値の決定方法を示す説明図である。
【００２８】
ケース１（輝度レベルＡを超える範囲での最大頻度を基準とする方法）
撮像機５によって決まる輝度レベルＡと、輝度レベルＡを超える範囲での撮像画像ごとの最大頻度とを決定し、この最大頻度に、予め定めた所定の係数（今回の撮像画像では係数＝１／４）を掛けて（乗算して）、閾値１（図６を参照）を設定する。そして、輝度レベルＡ以下の輝度ごとの全ての頻度が閾値１を超えなければ、ミストが発生していると判定する。尚、前記所定の係数は、好ましくは１．０以下とし、０．５以下とすれば、より望ましい。
【００２９】
図６に基づいて具体的に説明する。図６の輝度レベルＡ（輝度１７０）を超える輝度での最大頻度は６０００程度であり、係数を１／４に設定して閾値１を決める。そのときに、図６では、輝度レベルＡ以下の影Ｓに相当する輝度ごとの頻度において、或る輝度の頻度が７０００程度になり、この頻度７０００は閾値１（６０００×１／４＝１５００）を超えているので、ミストが発生していないと判定する。
【００３０】
ケース２（輝度レベルＡを超える範囲での最大頻度近傍の平均値を基準とする方法）
撮像機５によって決まる輝度レベルＡと、輝度レベルＡを超える範囲での撮像画像ごとの最大頻度とを決定し、この最大頻度周辺の輝度（今回の撮像画像では最大頻度の輝度±１００）の頻度の平均値に、予め定めた所定の係数（今回の撮像画像では係数＝１／３）を掛けて閾値２（図６を参照）を設定する。そして、輝度レベルＡ以下の輝度ごとの全ての頻度が閾値２を超えなければ、ミストが発生していると判定する。尚、前記所定の係数は、好ましくは１．０以下とし、０．５以下とすればより望ましい。
【００３１】
図６に基づいて具体的に説明する。図６の輝度レベルＡ（輝度１７０）を超える輝度での最大頻度輝度±１００周辺の頻度の平均値は５５００程度であり、係数を１／３に設定して閾値２を決める。そのときに、図６では、輝度レベルＡ以下の影Ｓに相当する輝度ごとの頻度において、或る輝度の頻度が７０００程度になり、この頻度７０００は閾値２（５５００×１／３≒１８００）を超えているので、ミストが発生していないと判定する。
【００３２】
ケース３（輝度レベルＡを超える範囲での最大頻度の１／２を基準とする方法）
撮像機５によって決まる輝度レベルＡと、輝度レベルＡを超える範囲での撮像画像ごとの最大頻度とを決定し、この最大頻度の値に１／２を掛け、更に、予め定めた所定の係数（今回の撮像画像では係数＝１／３）を掛けて、閾値３（図３を参照）に設定する。そして、輝度レベルＡ以下の輝度ごとの全ての頻度が閾値３を超えなければ、ミストが発生していると判定する。尚、前記所定の係数は、好ましくは１．０以下とし、０．５以下とすればより望ましい。
【００３３】
図６に基づいて具体的に説明する。図６の輝度レベルＡ（輝度１７０）を超える輝度での最大頻度値は６０００程度であり、その最大頻度値に１／２を掛けた値は３０００程度である。更に、係数を１／３に設定して閾値３を決める。そのときに、図６では、輝度レベルＡ以下の影Ｓに相当する輝度ごとの頻度において、或る輝度の頻度が７０００程度になり、この頻度７０００は閾値３（３０００×１／３＝１０００）を超えているので、ミストが発生していないと判定する。
【００３４】
上記のケース１〜３の説明は、９６６×１２９６画素で、モノクロ画像１２bitであり、輝度値が０〜４０９６の画像について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば８bitのカラー画像でＲＧＢ各々の値を利用して同様にミスト判定に用いてもよい。また、輝度レベルＡを輝度１７０で設定し、係数を１／３及び１／４で設定したが、これらの数値に限るものではない。また更に、基準となる輝度の頻度を定める方法は、上記のケース１〜３に限ることなく、種々の方法で決めることができる。少なくとも、輝度レベルＡを超える範囲の最大頻度と最大頻度×１／２との範囲内の頻度の輝度であれば、基準となる輝度として問題なく用いることができる。
【００３５】
また、輝度レベルＡ以下の影Ｓに相当する輝度の最大頻度自体に閾値を設定する方法も存在する。しかしながら、天候変化、照度変化などの影響で影Ｓの総量が変化し、輝度レベルＡ以下の最大頻度値は大きく変化する。
【００３６】
図７は、コンベア上の影Ｓに相当する輝度の最大頻度を時系列順にプロットしたものである。天候が変化し快晴になった場合、太陽からの光量が増加した、図７に示す時点Ｚ以降では、影Ｓの最大頻度が大きく減少し、時点Ｚ以前に設定した、影Ｓ自体に基づく閾値では光量増加時には誤判定する。
【００３７】
図８は、図７と同じ時期における、輝度レベルＡを超える輝度の最大頻度を時系列順にプロットしたものである。図８では、図７と同様に、時点Ｚ以降の光量増加時には、輝度レベルＡを超える輝度の最大頻度も大きく減少している。
【００３８】
一方、図９に、図７及び図８と同一時期における、影Ｓに相当する輝度の最大頻度を、輝度レベルＡ超の輝度範囲での最大頻度で除算した比率を時系列順にプロットしたグラフを示す。図９に示す比率は、時点Ｚの前後でも値に大きな変化はなく、ほぼ一定であり、影Ｓの最大頻度及び輝度レベルＡ超えの範囲の最大頻度は、照度の影響を同等に受けており、これらを比率にすることで照度影響を除外できている。
【００３９】
つまり、輝度レベルＡ超えの例えば最大頻度を利用し、この輝度レベルＡ超えの最大頻度及び当該最大頻度周囲の輝度の頻度平均値に、適切な係数を掛けて閾値を設定することで、ミスト判定において照度変化などの外乱を除外できることがわかる。
【００４０】
本発明に係るミスト判定方法を、塊状物質の粒度分布の測定や粉率測定などの性状測定方法に利用する場合は、ミストが発生していると判定された場合は、撮像機５と粉率判定機６とからなる粉率測定装置による測定結果は異常値として除外する。その場合、リアルタイムの測定はできなくなるものの、原料のサンプリング及び篩い分けによる性状測定を実施する。
【００４１】
以上説明したように、本発明によれば、原料性状や照度変化などの外乱の影響を受けることなく、コンベアで搬送される鉄鉱石やコークスなどの塊状物質周囲でのミストの発生有無を判定することが可能となる。
【実施例】
【００４２】
図１に示す撮像機で撮った、画素数が９６６×１２９６、モノクロ画像１２bitで、輝度値が０〜４０９６の画像を用い、塊状コークスの周囲のミスト判定を行いつつ、コークスの粉率測定を実施した。輝度レベルＡを輝度１７０で設定し、輝度レベルＡを超える輝度の最大頻度に係数１／４を掛けた値を閾値とした。
【００４３】
図１０に、粉率測定結果及びミスト発生の有無の判定結果を示す。図１０は、左軸に粉率（−）を、右軸にミスト判定結果を、時系列で示している。ミスト判定結果は、ミスト発生の場合を「１．０」、ミストが発生していない場合を「０」と表示している。
【００４４】
時点Ｔより前の時点では、ミストが発生しており、粉率はミストの影響を受けて数値が若干高くなっている。右軸のミスト判定結果を見ると、時点Ｔ以前はミストが発生していると正しく判定しており、このときに粉率測定値を除外するなどの対処をして異常値を除去することで、原料性状や照度変化などの外乱の影響を受けることなく、粉率測定を実現することができる。
【００４５】
今回はミスト判定の結果を粉率測定に適用したが、これに限るものではなく、その他にも画像内塊状物質の粒径計測や画像内輝度を利用した測定に用いることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  ホッパー
２  篩い分け器
３  コンベア
４  コークス
５  撮像機
６  粉率判定機
７  投光器
【図１】
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【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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