(57)【要約】【課題】  タップ中の溶融スラグの流量を当該タップ中に正確に測定できるようにする。【解決手段】  ＣＣＤカメラ６０で撮像された熱画像のデータから、出銑流２０の速度Ｖ、溶融スラグ比率Ｒ、実空間における出銑流２０の実効直径Ｄeffを導出し、これらと、溶融スラグの密度ρsから、出銑流２０の形状を円筒形状と近似して、溶融スラグの流量Ｑiを算出する。【選択図】  図２
2015113476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉に形成された出銑口から流出した溶融物の噴流である出銑流を含む領域の熱放射輝度の２次元分布を、当該熱放射輝度に対応する画素毎の画素値を持つ各画素から構成される熱画像として撮像する撮像工程と、
前記出銑流の速度を導出する出銑流速導出工程と、
前記溶融物に含まれる溶銑及び溶融スラグの混合比率を導出する混合比率導出工程と、
前記出銑流の実効直径を導出する出銑流実効直径導出工程と、
前記出銑流の実効直径と、前記出銑流の速度と、前記溶銑及び溶融スラグの混合比率と、前記溶融スラグの密度と、に基づいて、前記溶融スラグの質量流量を導出するスラグ流量導出工程と、
を有し、
前記出銑流実効直径導出工程は、
前記撮像工程により連続的に撮像された３枚以上の前記熱画像を用いて、全ての当該熱画像の対応する位置の画素に前記出銑流が撮像されている熱画像上の部分である内層部と、当該熱画像の対応する位置に、前記出銑流が撮像されている画素と撮像されていない画素とが存在する熱画像上の部分である表面波部とを特定し、
前記内層部の直径である前記出銑流の内径と、前記表面波部の厚みと当該出銑流の内径とを加算した値である前記出銑流の外径とを導出し、
前記出銑流の内径以上であり、前記出銑流の外径以下である値として、前記出銑流の熱画像上の実効直径を導出し、
前記出銑流の熱画像上の実効直径と、前記熱画像の画素寸法と当該画素に対応する被撮像対象の寸法との関係とから、前記出銑流の実空間における実効直径を、前記出銑流の実効直径として導出することを特徴とする、溶融スラグ流量測定方法。
【請求項２】
前記出銑流実効直径導出工程は、
前記撮像工程により連続的に撮像された３枚以上の熱画像のそれぞれの画素値を２値化して、当該熱画像にそれぞれ対応する２値化画像を生成する２値化画像生成工程と、
前記２値化画像生成工程により生成された２値化画像のうち、異なる時間に撮像された２枚の前記熱画像に基づいて生成された２枚の２値化画像に基づいて、当該２枚の２値化画像の相互に対応する画素の画素値の差分の絶対値を画素値として有する差分２値化画像を２枚以上生成する差分２値化画像生成工程と、
前記差分２値化画像生成工程により導出された２枚以上の差分２値化画像のそれぞれの対応する画素の画素値の論理和を画素値として有する合成差分２値化画像を生成する合成差分２値化画像生成工程と、
前記合成差分２値化画像における前記出銑流に対応する領域のうち、画素値が「０」の部分である内層部の、前記出銑流の移動方向に垂直な方向に沿う長さを、前記合成差分２値化画像における前記出銑流の内径として導出する出銑流内径導出工程と、
前記合成差分２値化画像における、前記出銑流に対応する画素のうち、画素値が「１」の部分である表面波部と、前記内層部とを合わせた領域の、前記出銑流の移動方向に垂直な方向に沿う長さを、前記合成差分２値化画像における前記出銑流の外径として導出する出銑流外径導出工程と、
前記合成差分２値化画像における前記出銑流の外径から前記合成差分２値化画像における前記出銑流の内径を引いた値に、０以上１以下の値を有する表面波寄与率を掛けた値と、前記合成差分２値化画像における前記出銑流の内径とを加算した値を、前記合成差分２値化画像における前記出銑流の熱画像上の実効直径として算出して、当該出銑流の熱画像上の実効直径と、前記熱画像の画素寸法と当該画素に対応する被撮像対象の寸法との関係とから、前記出銑流の実空間における実効直径を、前記出銑流の実効直径として算出する出銑流実効直径算出工程と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグ流量測定方法。
【請求項３】
前記スラグ流量導出工程に先立ち、前記撮像工程により撮像された３枚以上の前記熱画像を用いて前記表面波寄与率を導出する表面波寄与率導出工程と、
前記表面波寄与率を記憶する表面波寄与率記憶工程と、
を更に有し、
前記表面波寄与率導出工程は、
前記出銑流の速度を導出する第１の工程と、
前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を導出する第２の工程と、
前記撮像工程により連続的に撮像された３枚以上の熱画像のそれぞれの画素値を２値化して、当該熱画像にそれぞれ対応する２値化画像を生成する第３の工程と、
前記第３の工程により生成された２値化画像のうち、異なる時間に撮像された２枚の前記熱画像に基づいて生成された２枚の２値化画像に基づいて、当該２枚の２値化画像の相互に対応する画素の画素値の差分の絶対値を画素値として有する差分２値化画像を２枚以上生成する第４の工程と、
前記第４の工程により導出された２枚以上の差分２値化画像のそれぞれの対応する画素の画素値の論理和を画素値として有する合成差分２値化画像を生成する第５の工程と、
前記合成差分２値化画像における前記出銑流に対応する領域のうち、画素値が「０」の部分である内層部の、前記出銑流の移動方向に垂直な方向に沿う長さを、前記合成差分２値化画像における前記出銑流の内径として導出する第６の工程と、
前記合成差分２値化画像における、前記出銑流に対応する画素のうち、画素値が「１」の部分である表面波部と、前記内層部とを合わせた領域の、前記出銑流の移動方向に垂直な方向に沿う長さを、前記合成差分２値化画像における前記出銑流の外径として導出する第７の工程と、
前記合成差分２値化画像における前記出銑流の外径から前記合成差分２値化画像における前記出銑流の内径を引いた値に、前記表面波寄与率の候補を掛けた値と、前記合成差分２値化画像における前記出銑流の内径とを加算した値を、前記合成差分２値化画像における前記出銑流の熱画像上の実効直径として導出することを、複数の前記表面波寄与率の候補のそれぞれについて行う第８の工程と、
前記合成差分２値化画像における前記出銑流の熱画像上の実効直径と、前記熱画像の画素寸法と当該画素に対応する被撮像対象の寸法との関係とから、前記出銑流の実空間における実効直径を、前記出銑流の実効直径として導出することを、前記複数の表面波寄与率の候補のそれぞれについて行う第９の工程と、
前記出銑流の実効直径と、前記出銑流の速度と、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率と、前記溶銑の密度と、に基づいて、前記溶銑の質量流量を導出することを、前記複数の表面波寄与率の候補のそれぞれについて行う第１０の工程と、
前記溶銑の質量流量を積算して前記溶銑の質量の計算値を導出することを、前記複数の表面波寄与率の候補のそれぞれについて行う第１１の工程と、
前記溶銑の質量の実測値を取得する第１２の工程と、
前記溶銑の質量の計算値が、前記溶銑の質量の実測値と最も近いときの前記表面波寄与率の候補を、前記表面波寄与率として決定する第１３の工程と、
を更に有することを特徴とする請求項２に記載の溶融スラグ流量測定方法。
【請求項４】
前記２値化画像生成工程は、
前記熱画像の画素値の最大値の０．２７倍以上、０．３８倍以下の範囲の中から設定された閾値に基づいて、前記撮像工程により連続的に撮像された３枚以上の熱画像のそれぞれの画素値を２値化することを特徴とする請求項２又は３に記載の溶融スラグ流量測定方法。
【請求項５】
前記出銑流速導出工程は、
前記撮像工程により連続的に撮像された２枚の熱画像を比較した結果から、前記熱画像における前記出銑流の移動距離を導出し、当該熱画像における前記出銑流の移動距離から、実空間における前記出銑流の移動距離を導出する移動距離導出工程と、
前記移動距離導出工程により導出された前記実空間における前記出銑流の移動距離と前記熱画像の撮像間隔とに基づいて、前記出銑流の速度を導出する出銑流速度導出工程と、を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の溶融スラグ流量測定方法。
【請求項６】
前記混合比率導出工程は、
前記撮像工程により撮像された熱画像の画素値と画素数の関係を示す濃度ヒストグラムから、前記溶銑を表す熱画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す熱画像の濃度分布とを分別する濃度分布分別工程と、
前記濃度分布分別工程により分別された、前記溶銑を表す熱画像の濃度分布と、前記溶融スラグを表す熱画像の濃度分布とを用いて、前記溶銑及び前記溶融スラグの混合比率を求める溶銑スラグ混合比率導出工程とを有し、
前記濃度分布分別工程は、
前記濃度ヒストグラムに含まれる、前記溶銑に起因する濃度分布と、前記溶融スラグに起因する濃度分布に、所定の分布関数をフィッティングして、前記溶銑に起因する濃度分布と、前記溶融スラグに起因する濃度分布とを分別することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の溶融スラグ流量測定方法。
【請求項７】
前記撮像工程は、１［ｍｓｅｃ］以下の露光時間で前記熱画像を撮像し、
前記熱画像の分解能は２［ｍｍ］以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の溶融スラグ流量測定方法。
【請求項８】
高炉に形成された出銑口から流出した溶融物の噴流である出銑流を含む領域の熱放射輝度の２次元分布を、当該熱放射輝度に対応する画素毎の画素値を持つ各画素から構成される熱画像として撮像する撮像手段と、
前記出銑流の速度を導出する出銑流速導出手段と、
前記溶融物に含まれる溶銑及び溶融スラグの混合比率を導出する混合比率導出手段と、
前記出銑流の実効直径を導出する出銑流実効直径導出手段と、
前記出銑流の実効直径と、前記出銑流の速度と、前記溶銑及び溶融スラグの混合比率と、前記溶融スラグの密度と、に基づいて、前記溶融スラグの質量流量を導出するスラグ流量導出手段と、
を有し、
前記出銑流実効直径導出手段は、
前記撮像手段により連続的に撮像された３枚以上の前記熱画像を用いて、全ての当該熱画像の対応する位置の画素に前記出銑流が撮像されている熱画像上の部分である内層部と、当該熱画像の対応する位置に、前記出銑流が撮像されている画素と撮像されていない画素とが存在する熱画像上の部分である表面波部とを特定し、
前記内層部の直径である前記出銑流の内径と、前記表面波部の厚みと当該出銑流の内径とを加算した値である前記出銑流の外径とを導出し、
前記出銑流の内径以上であり、前記出銑流の外径以下である値として、前記出銑流の熱画像上の実効直径を導出し、
前記出銑流の熱画像上の実効直径と、前記熱画像の画素寸法と当該画素に対応する被撮像対象の寸法との関係とから、前記出銑流の実空間における実効直径を、前記出銑流の実効直径として導出することを特徴とする、溶融スラグ流量測定システム。
【請求項９】
高炉に形成された出銑口から流出した溶融物の噴流である出銑流を含む領域の熱放射輝度の２次元分布を、当該熱放射輝度に対応する画素毎の画素値を持つ各画素から構成される熱画像として撮像する撮像手段により撮像された前記熱画像を取得する取得手段と、
前記出銑流の速度を導出する出銑流速導出手段と、
前記溶融物に含まれる溶銑及び溶融スラグの混合比率を導出する混合比率導出手段と、
前記出銑流の実効直径を導出する出銑流実効直径導出手段と、
前記出銑流の実効直径と、前記出銑流の速度と、前記溶銑及び溶融スラグの混合比率と、前記溶融スラグの密度と、に基づいて、前記溶融スラグの質量流量を導出するスラグ流量導出手段と、
してコンピュータに機能させ、
前記出銑流実効直径導出手段は、
前記撮像手段により連続的に撮像された３枚以上の前記熱画像を用いて、全ての当該熱画像の対応する位置の画素に前記出銑流が撮像されている熱画像上の部分である内層部と、当該熱画像の対応する位置に、前記出銑流が撮像されている画素と撮像されていない画素とが存在する熱画像上の部分である表面波部とを特定し、
前記内層部の直径である前記出銑流の内径と、前記表面波部の厚みと当該出銑流の内径とを加算した値である前記出銑流の外径とを導出し、
前記出銑流の内径以上であり、前記出銑流の外径以下である値として、前記出銑流の熱画像上の実効直径を導出し、
前記出銑流の熱画像上の実効直径と、前記熱画像の画素寸法と当該画素に対応する被撮像対象の寸法との関係とから、前記出銑流の実空間における実効直径を、前記出銑流の実効直径として導出することを特徴とする、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融スラグ流量測定方法、溶融スラグ流量測定システム、及びコンピュータプログラムに関し、特に、高炉の出銑口から流出する溶融スラグの流量を測定するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉では、炉頂部から、原料である鉄鉱石とコークスを層状に装入すると共に、炉下部の羽口から約１２００［℃］の高温の熱風を吹き込み、高温還元反応によって溶銑を製造する。溶銑と副生成物である溶融スラグは炉内を滴下し、炉底に溜まって湯溜まりを形成する。この湯溜まりに向かって炉外から貫通孔を開けると、溶銑と溶融スラグとの混合液体（以下の説明ではこれを必要に応じて「出銑流」と称する）が炉外に流出する。貫通孔の炉外開口部分を出銑口という。炉底部の出銑口形成位置にはマッド材が充填されており、ドリル等で機械的にマッド材の部分を開孔して貫通孔を形成する。
【０００３】
開孔された直後の出銑口の口径はドリル径に略等しいが、出銑の経過と共に孔の壁面が侵食されて出銑口の口径が次第に拡大する。一方、出銑流の流量は、平均したときに溶銑・溶融スラグの炉内での生成量に略等しい値となる必要がある。そこで、出銑開始時は、出銑流（溶銑と溶融スラグとの混合液体）の流量が、炉内での溶銑・溶融スラグの生成量よりも小さくなるように開口径を選定する。その結果、開口後しばらくは炉内の溶銑・溶融スラグの蓄積量は時間の経過とともに増大する。出銑を続けると出銑口径の拡大に伴い溶銑・溶融スラグの単位時間当たりの流量が増大し、炉内での溶銑・溶融スラグの生成量よりも、溶銑・溶融スラグの流量の方が大きくなり、炉内の溶銑・溶融スラグの蓄積量が減少に転じる。
【０００４】
出銑口の侵食の速さ（出銑口の口径の拡大の速さ）は、マッド材の材質、溶銑・溶融スラグの混合比、溶銑温度、溶銑流速等に複雑に依存し、安定しているわけではない。通常は、出銑口の使用開始から２〜４時間程度で炉内の湯面レベルが出銑口付近まで低下するので、この時点でマッド材を出銑口に充填してその出銑口を閉塞させる。このような１回の出銑作業を「タップ」と呼び、高炉の炉体の円周方向に数か所ある出銑口で順にタップを行うことで銑鉄と溶融スラグが取り出される。
【０００５】
出銑中に炉内湯溜まりの通液性が悪かったり、コークス塊が出銑口に詰まったりして出銑流の流出が阻害されることがある。このように出銑流（溶銑・溶融スラグ）の排出が滞ると、炉内の溶銑・溶融スラグの蓄積量が増加を続ける。このような炉内の溶銑・溶融スラグの蓄積量の増加は、炉内の通気性を悪化させて炉内の充填物の下降の不安定化や吹き抜けといった銑鉄の品質の悪化や生産性の低下に関係したトラブルを引き起こす原因となる。
高炉の安定操業を維持するためには、以上のような出銑口からの溶銑・溶融スラグの流出の滞りを的確に察知する必要がある。すなわち、タップ中に溶銑や溶融スラグの流出状況を常に監視しておくことが望ましい。
【０００６】
出銑口から流出する溶銑と溶融スラグは、スキンマー（比重分離ます）で分離される。比重の大きな溶銑は出銑樋の先に停車したトーピードカー（溶銑運搬を行う貨車）に注ぎ込まれる。今日の一般的な高炉操業では、トーピードカーの質量変化を秤量器で測定することで溶銑の流量をタップ単位で把握する。一方、溶融スラグについては水冷後に粉砕され、固化したスラグの質量が測定される。
このような測定方法に類似した測定方法として、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１では、溶銑なべの溶銑レベルを測定するマイクロ波レベル計の一定時間ごとの測定値から溶銑の流量を演算し、水砕設備で水砕されたスラグの質量を測定するコンベヤスケールの計測値から溶融スラグの流量を演算する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１５６３３１号公報
【特許文献２】特開２００７−２３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら前述した方法では、水砕後の固化したスラグの質量を測定するので、水砕に要する時間遅れが大きく、溶融スラグの生成量を時々刻々と（リアルタイムで）知ることはできない。また、水を含んだスラグの質量を測定するため、溶融スラグの質量を正確に測定することができず、信頼できる測定方法とは言い難い。また、特許文献１に記載の技術では、大掛かりな測定装置が必要となる。
このように従来の技術では、水砕後の固化したスラグの質量を測定するため、タップ中の溶融スラグの流量を当該タップ中に正確に測定することが容易ではないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、タップ中の溶融スラグの流量を当該タップ中に正確に測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の溶融スラグ流量測定方法は、高炉に形成された出銑口から流出した溶融物の噴流である出銑流を含む領域の熱放射輝度の２次元分布を、当該熱放射輝度に対応する画素毎の画素値を持つ各画素から構成される熱画像として撮像する撮像工程と、前記出銑流の速度を導出する出銑流速導出工程と、前記溶融物に含まれる溶銑及び溶融スラグの混合比率を導出する混合比率導出工程と、前記出銑流の実効直径を導出する出銑流実効直径導出工程と、前記出銑流の実効直径と、前記出銑流の速度と、前記溶銑及び溶融スラグの混合比率と、前記溶融スラグの密度と、に基づいて、前記溶融スラグの質量流量を導出するスラグ流量導出工程と、を有し、前記出銑流実効直径導出工程は、前記撮像工程により連続的に撮像された３枚以上の前記熱画像を用いて、全ての当該熱画像の対応する位置の画素に前記出銑流が撮像されている熱画像上の部分である内層部と、当該熱画像の対応する位置に、前記出銑流が撮像されている画素と撮像されていない画素とが存在する熱画像上の部分である表面波部とを特定し、前記内層部の直径である前記出銑流の内径と、前記表面波部の厚みと当該出銑流の内径とを加算した値である前記出銑流の外径とを導出し、前記出銑流の内径以上であり、前記出銑流の外径以下である値として、前記出銑流の熱画像上の実効直径を導出し、前記出銑流の熱画像上の実効直径と、前記熱画像の画素寸法と当該画素に対応する被撮像対象の寸法との関係とから、前記出銑流の実空間における実効直径を、前記出銑流の実効直径として導出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の溶融スラグ流量測定システムは、高炉に形成された出銑口から流出した溶融物の噴流である出銑流を含む領域の熱放射輝度の２次元分布を、当該熱放射輝度に対応する画素毎の画素値を持つ各画素から構成される熱画像として撮像する撮像手段と、前記出銑流の速度を導出する出銑流速導出手段と、前記溶融物に含まれる溶銑及び溶融スラグの混合比率を導出する混合比率導出手段と、前記出銑流の実効直径を導出する出銑流実効直径導出手段と、前記出銑流の実効直径と、前記出銑流の速度と、前記溶銑及び溶融スラグの混合比率と、前記溶融スラグの密度と、に基づいて、前記溶融スラグの質量流量を導出するスラグ流量導出手段と、を有し、前記出銑流実効直径導出手段は、前記撮像手段により連続的に撮像された３枚以上の前記熱画像を用いて、全ての当該熱画像の対応する位置の画素に前記出銑流が撮像されている熱画像上の部分である内層部と、当該熱画像の対応する位置に、前記出銑流が撮像されている画素と撮像されていない画素とが存在する熱画像上の部分である表面波部とを特定し、前記内層部の直径である前記出銑流の内径と、前記表面波部の厚みと当該出銑流の内径とを加算した値である前記出銑流の外径とを導出し、前記出銑流の内径以上であり、前記出銑流の外径以下である値として、前記出銑流の熱画像上の実効直径を導出し、前記出銑流の熱画像上の実効直径と、前記熱画像の画素寸法と当該画素に対応する被撮像対象の寸法との関係とから、前記出銑流の実空間における実効直径を、前記出銑流の実効直径として導出することを特徴とする。
【００１２】
本発明のコンピュータプログラムは、高炉に形成された出銑口から流出した溶融物の噴流である出銑流を含む領域の熱放射輝度の２次元分布を、当該熱放射輝度に対応する画素毎の画素値を持つ各画素から構成される熱画像として撮像する撮像手段により撮像された前記熱画像を取得する取得手段と、前記出銑流の速度を導出する出銑流速導出手段と、前記溶融物に含まれる溶銑及び溶融スラグの混合比率を導出する混合比率導出手段と、前記出銑流の実効直径を導出する出銑流実効直径導出手段と、前記出銑流の実効直径と、前記出銑流の速度と、前記溶銑及び溶融スラグの混合比率と、前記溶融スラグの密度と、に基づいて、前記溶融スラグの質量流量を導出するスラグ流量導出手段と、してコンピュータに機能させ、前記出銑流実効直径導出手段は、前記撮像手段により連続的に撮像された３枚以上の前記熱画像を用いて、全ての当該熱画像の対応する位置の画素に前記出銑流が撮像されている熱画像上の部分である内層部と、当該熱画像の対応する位置に、前記出銑流が撮像されている画素と撮像されていない画素とが存在する熱画像上の部分である表面波部とを特定し、前記内層部の直径である前記出銑流の内径と、前記表面波部の厚みと当該出銑流の内径とを加算した値である前記出銑流の外径とを導出し、前記出銑流の内径以上であり、前記出銑流の外径以下である値として、前記出銑流の熱画像上の実効直径を導出し、前記出銑流の熱画像上の実効直径と、前記熱画像の画素寸法と当該画素に対応する被撮像対象の寸法との関係とから、前記出銑流の実空間における実効直径を、前記出銑流の実効直径として導出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、３枚以上の熱画像を用いて、出銑流の内層部と表面波部とを特定し、内層部の直径である出銑流の内径と、表面波部の厚みと出銑流の内径とを加算した値である出銑流の外径と、を導出する。そして、出銑流の内径以上であり、前記出銑流の外径以下である値として、出銑流の熱画像上の実効直径を導出し、導出した出銑流の熱画像上の実効直径から、出銑流の実空間における実効直径を導出する。このように、熱画像を用いて出銑流の実効直径を導出することができる。したがって、タップ中の溶融スラグの流量を当該タップ中に正確に測定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】溶融スラグ流量測定システムの構成の一例を示す図である。
【図２】画像処理装置の機能的な構成の一例を示す図である。
【図３】時間的に連続して撮像された３枚の熱画像の一例を示す図である。
【図４】出銑流速度導出部の機能的な構成の一例を示す図である。
【図５】溶融スラグ比率導出部の機能的な構成の一例を示す図である。
【図６】濃度ヒストグラムの一例を示す図である。
【図７】濃度ヒストグラムにガウス関数をフィッティングして得られた結果の一例を示す図である。
【図８】顕著な表面波が生じていない出銑流の熱画像の一例を示す図である。
【図９】激しい表面波を伴う出銑流の熱画像の例を示す図である。
【図１０】出銑流径導出部の機能的な構成の一例を示す図である。
【図１１】出銑流径導出部における処理の内容の一例を概念的に示す図である。
【図１２】濃度ヒストグラムの他の例を示す図である。
【図１３】合成差分２値化画像における出銑流の内径を導出する方法の概念の一例を説明する図である。
【図１４】合成差分２値化画像における出銑流の外径を導出する方法の概念の一例を説明する図である。
【図１５】表面波寄与率導出部の機能的な構成の一例を示す図である。
【図１６】溶銑の質量の実測値と計算値との関係の一例を示す図である。
【図１７】残差平方和と表面波寄与率との関係の一例を示す図である。
【図１８】溶融スラグの流量を導出する際の画像処理装置の処理の概要の一例を説明するフローチャートである。
【図１９】銑流速度導出処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図２０】溶融スラグ比率導出処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図２１】出銑流実効直径導出処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図２２】表面波寄与率を決定する際の画像処理装置の処理の一例を説明するフローチャートである。
【図２３】実施例の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
＜溶融スラグ流量測定システム＞
図１は、溶融スラグ流量測定システムの構成の一例を示す図である。尚、図１では、高炉１０全体のうち、出銑口１０ａ付近の一部分のみを示している。
図１において、本実施形態の溶融スラグ流量測定システムは、出銑口１０ａから流出した出銑流２０の熱画像（熱放射輝度の２次元分布）を撮像するＣＣＤカメラ６０と、ＣＣＤカメラ６０で撮像された熱画像を処理する画像処理装置７０とを有する。
【００１６】
図１に示すように、高炉１０の炉底横の側壁部分に形成された出銑口１０ａから、溶銑と溶融スラグとの混合物（溶融物）の噴流が出銑流２０として流出する。出銑流２０の直径は高炉毎に異なるが、例えば、７０［ｍｍ］〜１２０［ｍｍ］の範囲で変化する。この出銑流２０とは別に、ごく一部の溶銑と溶融スラグとの混合物（溶融物）が、出銑口１０ａの直下に垂れ落ちることがある。出銑口１０ａの直下には出銑樋３０の始端部があり、垂れ落ちた溶融物は、この出銑樋３０の始端部に滞留し、滞留スラグ４０を形成する。一方、出銑口１０ａから流出した出銑流２０は、空中を移動してから出銑樋３０に到達し、出銑樋３０に到達した後は出銑樋３０に沿って流れる。出銑流２０が空中を移動する速度は５［ｍ／ｓｅｃ］〜１０［ｍ／ｓｅｃ］程度である。また、出銑口１０ａと間隔を有して、樋カバー５０が出銑樋３０を囲むようにして形成されている。
【００１７】
図１に示すように、出銑口１０ａから流出した直後の出銑流２０は、樋カバー５０によって遮蔽されていない。本実施形態では、この出銑口１０ａから流出して出銑樋３０に落下する前（例えば出銑口１０ａから流出した直後）の出銑流２０の熱放射輝度分布を、その斜め上方からモノクロのＣＣＤカメラ６０を用いて撮像する。
【００１８】
本実施形態では、露光時間（シャッタースピード）を極めて短くして、出銑口１０ａから流出した出銑流２０の熱画像（熱放射輝度の２次元分布）を撮像することにより、熱画像において、出銑流２０の像流れが生じないようにした（まだら模様や輪郭が不明瞭にならないようにした）。ここで、露光時間を１［ｍｓｅｃ］以下にすれば、出銑流２０における「まだら模様や輪郭」を捉えることができるので好ましく、０．２［ｍｓｅｃ］以下にすれば、出銑流２０における「まだら模様や輪郭」をより鮮明に捉えることができるのでより好ましい。尚、露光時間が短すぎると固体撮像素子への入光量が不足するので画像が却って不鮮明になる。露光時間の最低値は、固体撮像素子の感度によって決められる。
また、出銑流２０を鮮明に捉えるために、撮像された画像の分解能を２［ｍｍ］以下にするのが好ましい。
【００１９】
本実施形態では、ＣＣＤカメラ６０の露光時間を１／１００００［ｓｅｃ］として、出銑口１０ａから流出した出銑流２０の熱画像（熱放射輝度分布）を、２次元の濃度分布を示す静止画像として撮像する。ＣＣＤカメラ６０は、約０．４［ｍｍ］の分解能で出銑流２０の画像を撮像する。
ところで、ＣＣＤカメラでは、０．４［μｍ］〜０．８［μｍ］程度の波長帯域の光についてのみ受光感度があり、しかもこの波長帯域内での受光感度は一定ではなく、特有の分光感度特性を有している。そこで、一定の狭い波長を有する光のみを透過する波長選択フィルタをＣＣＤカメラ６０に取り付けるようにするのが好ましい。具体的に本実施形態では、中心透過波長が０．６５［μｍ］の光学バンドパスフィルタを波長選択フィルタとして、ＣＣＤカメラ６０に取り付けた。
【００２０】
ＣＣＤカメラ６０は、一定の時間間隔（撮像間隔）で、出銑流２０の熱画像を撮像する。例えば、１０［ｍｓｅｃ］以下の時間に撮像間隔を設定する。１０［ｍｓｅｃ］より長い撮像間隔で撮像すると、時間的に連続する２枚の熱画像において、出銑流２０の表面の波打っている部分の形状が変形してしまい、移動する様子を捉えることができなくなる虞がある。これは、出銑流２０が出銑口１０ａから乱流として噴出されるからである。尚、以下の説明では、この「出銑流２０の表面の波打っている部分」を必要に応じて「表面波」と称する（図８の表面波８１０を参照）。
【００２１】
尚、撮像間隔が極端に短すぎると、熱画像における出銑流の移動距離が小さくなる。この移動距離がＣＣＤカメラ６０の分解能と同程度になると、後述する出銑流の速度の測定が困難になる。
また、後述するように本実施形態では、時間的に連続する２枚の熱画像の画素値を２値化した２値化画像の絶対値差分をとった差分２値化画像を重ね合わせて表面波の領域を抽出する（図１１を参照）。したがって、時間的に連続する熱画像を３枚以上撮像する。本発明者らは、このような表面波の領域を確実に抽出するために撮像枚数を１０枚程度にするのが望ましいという知見を得た。
【００２２】
以上のことから、本実施形態では、ＣＣＤカメラ６０は、出銑口１０ａから流出した出銑流２０の熱画像を５［ｍｓｅｃ］の撮像間隔で１０枚撮像することを、１０［ｓｅｃ］の周期で周期的に行うこととした。
【００２３】
画像処理装置７０は、ＣＣＤカメラ６０で撮像された熱画像を用いて、溶融スラグの質量流量を測定するためのものである。
本実施形態では、出銑流２０の形状を円筒形状に近似して、出銑流２０の直径と移動速度とから定まる出銑流２０の体積流量と、出銑流２０における溶融スラグの混合比率と、溶融スラグの密度と、から、溶融スラグの質量流量を算出する。そのために本実施形態の画像処理装置７０では、出銑流２０の直径と、出銑流２０の速度と、出銑流２０における溶融スラグの混合比率と、を算出する。以下に、本実施形態の画像処理装置７０の構成の一例を詳細に説明する。尚、以下の説明では、「質量流量」を必要に応じて「流量」と略称し、「出銑流２０における溶融スラグの混合比率」、「出銑流２０における溶銑の混合比率」を、それぞれ「溶融スラグ比率」、「溶銑比率」と称する。
【００２４】
＜画像処理装置＞
図２は、画像処理装置７０の機能的な構成の一例を示す図である。画像処理装置７０のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、及び各種のインターフェースを備えたコンピュータを用いることにより実現することができる。
【００２５】
（熱画像入力部２０１）
熱画像入力部２０１は、前述したようにしてＣＣＤカメラ６０で撮像された出銑流２０の熱画像のデータを入力して記憶する。
本実施形態では、ＣＣＤカメラ６０により出銑流２０の熱画像が得られる度に、ＣＣＤカメラ６０から画像処理装置７０（熱画像入力部２０１）に当該出銑流２０の熱画像のデータが送信されるものとする。ただし、熱画像入力部２０１は、必ずしもこのようにして出銑流２０の熱画像のデータを入力する必要はない。例えば、熱画像入力部２０１は、ＣＣＤカメラ６０に、出銑流２０の熱画像のデータの取得を要求し、この要求に応じて、ＣＣＤカメラ６０が、出銑流２０の熱画像のデータを、画像処理装置７０（熱画像入力部２０１）に送信してもよい。
【００２６】
このようにして熱画像入力部２０１は、３枚以上の出銑流２０の熱画像のデータを入力する。前述したように本実施形態では、ＣＣＤカメラ６０は、出銑流２０の熱画像を５［ｍｓｅｃ］の撮像間隔で１０枚撮像することを、１０［ｓｅｃ］の周期で周期的に行う。したがって、熱画像入力部２０１は、５［ｍｓｅｃ］の撮像間隔で撮像された１０枚の出銑流２０の熱画像のデータを、１０［ｓｅｃ］の周期で繰り返し入力する。撮像間隔及び撮像枚数は、ＣＣＤカメラ６０や画像処理装置７０に対するオペレータの設定に基づいて設定することができる。
熱画像入力部２０１は、例えば、ＣＰＵが、ＣＣＤカメラ６０から通信インターフェースを介して熱画像のデータを入力してＨＤＤ等に格納することにより実現される。
【００２７】
（出銑流速度導出部２０２）
出銑流速度導出部２０２は、熱画像入力部２０１に入力された１０枚単位の熱画像のデータを用いて、出銑流２０の速度Ｖ［ｍ／ｓｅｃ］を導出する。出銑流速度導出部２０２の詳細な機能については、図３、図４を参照しながら後述する。
出銑流速度導出部２０２は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、熱画像のデータを読み出して出銑流２０の速度Ｖを算出し、そのデータをＲＡＭ等に記憶することによって実現される。
【００２８】
（溶融スラグ比率導出部２０３）
溶融スラグ比率導出部２０３は、熱画像入力部２０１に入力された１０枚単位の熱画像のデータのうち、１枚の熱画像のデータを用いて、溶融スラグ比率Ｒ［−］を導出する。本実施形態では、熱画像入力部２０１に入力された１０枚単位の熱画像のデータのうち、最も早い時間に得られた熱画像のデータを用いて、溶融スラグ比率Ｒを導出する。溶融スラグ比率導出部２０３の詳細な機能については、図５〜図７を参照しながら後述する。
溶融スラグ比率導出部２０３は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、熱画像のデータを読み出して溶融スラグ比率Ｒを算出し、そのデータをＲＡＭ等に記憶することによって実現される。
【００２９】
（出銑流径導出部２０４）
出銑流径導出部２０４は、熱画像入力部２０１に入力された１０枚単位の熱画像のデータと、後述する表面波寄与率記憶部２０６に記憶された表面波寄与率ｋ［−］とを用いて、出銑流２０の実効直径（出銑流２０の直径の想定値）Ｄeffを導出する。出銑流径導出部２０４の詳細な機能については、図８〜図１４等を参照しながら後述する。
出銑流径導出部２０４は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、熱画像のデータと表面波寄与率ｋのデータとを読み出して出銑流２０の実効直径Ｄeffを算出し、そのデータをＲＡＭ等に記憶することによって実現される。
【００３０】
（表面波寄与率導出部２０５、表面波寄与率記憶部２０６）
表面波寄与率導出部２０５は、溶融スラグの流量の測定の対象となるタップよりも前のタップを対象としてＣＣＤカメラ６０で撮像されて熱画像入力部２０１に入力された１０枚単位の熱画像のデータを用いて、表面波寄与率ｋを導出し、表面波寄与率記憶部２０６に記憶する。表面波寄与率ｋは、０以上１以下の範囲で実験的に定められるパラメータである。表面波寄与率ｋの詳細及び表面波寄与率導出部２０５の詳細な機能については、図１５〜図１７等を参照しながら後述する。
表面波寄与率導出部２０５は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、熱画像のデータを読み出して表面波寄与率ｋを算出することによって実現され、表面波寄与率記憶部２０６は、例えば、ＨＤＤ等を用いることにより実現される。
【００３１】
（溶融スラグ流量導出部２０７）
溶融スラグ流量導出部２０７は、出銑流速度導出部２０２により導出された出銑流２０の速度Ｖと、溶融スラグ比率導出部２０３により導出された溶融スラグ比率Ｒと、出銑流径導出部２０４により導出された出銑流２０の実効直径Ｄeffと、予め設定されている溶融スラグの密度ρs［ｔｏｎ／ｍ3］とを用いて、溶融スラグの流量Ｑs［ｔｏｎ／ｓｅｃ］を導出する。前述したように本実施形態では、出銑流２０の形状を円筒形状に近似しているので、溶融スラグ流量導出部２０７は、以下の（１）式により、溶融スラグの流量Ｑsを導出する。
Ｑs＝（Ｄeff÷２）2×π×Ｖ×Ｒ×ρs  ・・・（１）
溶融スラグ流量導出部２０７は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、出銑流２０の速度Ｖのデータと、溶融スラグ比率Ｒのデータと、溶融スラグの密度ρsのデータとを読み出して溶融スラグの流量Ｑsを算出することによって実現される。
【００３２】
（溶融スラグ流量出力部２０８）
溶融スラグ流量出力部２０８は、溶融スラグ流量導出部２０７により導出された溶融スラグの流量Ｑsを出力する。溶融スラグの流量Ｑsの出力の形態としては、例えば、表示装置に対する表示、可搬型の記憶媒体への記憶、及び外部装置への送信の少なくとも何れか１つが挙げられる。
溶融スラグ流量出力部２０８は、例えば、ＣＰＵが、ＨＤＤ等から、溶融スラグの流量Ｑsのデータを読み出して、表示データを作成する等の出力処理を行うことにより実現される。
【００３３】
［出銑流速度導出部２０２の詳細］
図３は、時間的に連続して撮像された３枚の熱画像の一例を示す図である。図３において、熱画像３１０が撮像されてから５［ｍｓｅｃ］後に熱画像３２０が撮像され、熱画像３２０が撮像されてから５［ｍｓｅｃ］後に熱画像３３０が撮像されている。
また、図３において、熱画像の黒の領域は、出銑流２０の背景を表し、濃いグレーの領域は、（溶融スラグよりも放射率が低い）溶銑の領域を表し、薄いグレーの領域は、（溶銑よりも放射率が高い）溶融スラグの領域を表す。このように、熱画像に含まれる出銑流２０の熱画像は、まだら模様を有する。
【００３４】
前述したように出銑流２０は、５［ｍ／ｓｅｃ］〜１０［ｍ／ｓｅｃ］程度の速度で移動しているので、このまだら模様も同じ速度で移動する。したがって、本実施形態では、前述した撮像間隔で連続的に熱画像を撮像し、この撮像間隔の間に移動したまだら模様の移動距離から、まだら模様の移動速度、即ち出銑流２０の速度Ｖを導出する。具体的に本実施形態では、特開２００７−２３０６号公報に記載の技術を用いて出銑流２０の速度Ｖを導出する場合を例に挙げて説明する。以下に、出銑流速度導出部２０２の機能として、特開２００７−２３０６号公報に記載の技術の概要を説明するが、詳細については、特開２００７−２３０６号公報を参照することにより、出銑流速度導出部２０２の機能を実現することができる。
【００３５】
図４は、出銑流速度導出部２０２の機能的な構成の一例を示す図である。
[[画像選択部４０１]]
画像選択部４０１は、熱画像入力部２０１で得られた１０枚単位の熱画像のうち、時間的に連続する２枚の熱画像を順次選択する。例えば、図３において、画像選択部４０１は、熱画像３１０、３２０を選択した後、熱画像３２０、３３０を選択する。ここでは、熱画像入力部２０１で１０枚単位の熱画像が得られるので、画像選択部４０１は、このような熱画像の選択を、熱画像入力部２０１で得られた１０枚の熱画像について行い、２枚の熱画像の組を９つ選択することになる。
[[テンプレート切り出し部４０２]]
テンプレート切り出し部４０２は、画像選択部４０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像のうち、先に得られた熱画像からパターンマッチングのテンプレートを切り出す。例えば、図３において、熱画像３１０、３２０が選択された場合、テンプレート切り出し部４０２は、熱画像３１０のうちの、予め位置、サイズを決めておいた一部領域をテンプレート３１１として切り出す。同様に、熱画像３２０、３３０が選択された場合、テンプレート切り出し部４０２は、熱画像３２０からテンプレート３２１を切り出す。尚、熱画像３３０のテンプレート３３１は、熱画像３３０と当該熱画像３３０の次に得られた熱画像が選択された際に用いられる。
【００３６】
[[探索部４０３]]
探索部４０３は、画像選択部４０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像のうち、先に得られた熱画像から切り出したパターンマッチングのテンプレートが、後に得られた熱画像のどこに存在するのかをパターンマッチング処理で検出する。パターンマッチング処理は、画像上でテンプレートと類似する箇所を画素毎の相関演算で探査する処理である。パターンマッチング処理は、例えば、画像処理ハンドブック（財団法人東京大学出版会発行）等に記載されている公知の技術で実現できるので、ここでは、詳細な説明を省略する。例えば、図３において、熱画像３１０、３２０が選択された場合、探索部４０３は、熱画像３１０のテンプレート３１１が熱画像３２０のどこに存在するのかを探索する。
【００３７】
[[移動距離算出部４０４]]
移動距離算出部４０４は、画像選択部４０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像に対するパターンマッチング処理において、当該２枚の熱画像でマッチングするテンプレート（パターン）が検出されると、それら２枚の熱画像でテンプレートが移動した距離から、実空間における出銑流２０の移動距離ｄを算出する。
ここで、熱画像上での移動量（画素数）と実際の移動距離との関係は、ＣＣＤカメラ６０の被写体距離とレンズ画角とで決まるので、予め求めておけばよい。テンプレートが熱画像上で水平方向、垂直方向にそれぞれｐx［画素］、ｐy［画素］移動したとすると、出銑流２０の移動距離ｄ［ｍ］は、以下の（２）式で表される。
ｄ＝Ｕ×（ｐx2＋ｐy2）1/2  ・・・（２）
（２）式において、Ｕ［ｍ／画素］は、熱画像上の画素数と実際の距離とを対応づける係数である。
【００３８】
[[出銑流速度算出部４０５]]
出銑流速度算出部４０５は、移動距離算出部４０４で算出された出銑流２０の移動距離ｄと撮像間隔Δｔ［ｓｅｃ］とに基づいて、出銑流２０の速度Ｄ´［ｍ／ｓｅｃ］を導出する。出銑流２０の速度Ｄ´は、以下の（３）式で表される。
Ｄ´＝ｄ÷Δｔ  ・・・（３）
本実施形態では、出銑流速度算出部４０５は、このような出銑流２０の速度Ｄ´の計算を、画像選択部４０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像のそれぞれについて行う。そして、出銑流速度算出部４０５は、出銑流２０の速度Ｄ´の算術平均値を出銑流２０の速度Ｄとして導出する。
【００３９】
[[出銑流速度導出部２０２の変形例]]
出銑流２０の速度Ｄ´の代表値を求めるようにしていれば、必ずしも出銑流２０の速度Ｄ´の算術平均値を出銑流２０の速度Ｄとする必要はない。例えば、出銑流２０の速度Ｄ´の中央値を出銑流２０の速度Ｄとしてもよい。また、画像選択部４０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像の１つについてのみ、熱画像の選択とテンプレートの切り出しと、出銑流２０の移動距離ｄの導出と、出銑流２０の速度Ｄ´の導出とを行い、当該出銑流２０の速度Ｄ´を出銑流２０の速度Ｄとしてもよい。
また、必ずしも熱画像を用いて出銑流２０の速度Ｄを求めなくてもよい。例えば、レーザドップラー速度計等の測定装置を用いて、出銑流２０の速度を測定してもよい。
【００４０】
［溶融スラグ比率導出部２０３の詳細］
図５は、溶融スラグ比率導出部２０３の機能的な構成の一例を示す図である。本実施形態では、特許第４７１４６０７号公報に記載の技術を用いて溶融スラグ比率Ｒを導出する場合を例に挙げて説明する。そこで、以下に、溶融スラグ比率導出部２０３の機能として、特許第４７１４６０７号公報に記載の技術の概要を説明するが、詳細については、特許第４７１４６０７号公報を参照することにより、特許第４７１４６０７号公報の機能を実現することができる。
【００４１】
[[濃度ヒストグラム算出部５０１]]
濃度ヒストグラム算出部５０１は、熱画像入力部２０１に入力された１０枚単位の熱画像のうち、時間的に最初に得られた熱画像のデータから、濃度ヒストグラムを算出する。
図６は、濃度ヒストグラムの一例を示す図である。ここで、濃度とは、２５６階調の画像の明暗（すなわち、画像上の輝度）のことを指す。この濃度と、出銑流における熱放射輝度との関係は、リニアな関係にある。この濃度の値が熱画像の各画素の画素値となる。図６に示す濃度ヒストグラム６００では、熱画像の背景に相当する部分（濃度が小さい領域）の図示を省略している
【００４２】
図６に示すように、濃度ヒストグラム６００は、画素毎の濃度を濃度階調に分解したものを横軸にし、その濃度階調ごとの画素数を縦軸にしたものである。
図６において、濃度階調が８０以上のところに、溶銑に起因する濃度分布６１０と、溶融スラグに起因する濃度分布６２０とが存在している。
【００４３】
[[溶銑ピーク濃度導出部５０２]]
溶銑ピーク濃度導出部５０２は、濃度ヒストグラム算出部５０１により算出された濃度ヒストグラム６００に含まれる溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを自動検出する。背景は、常温近傍で温度変化がないため、濃度ヒストグラムにおける背景に起因する濃度分布は、常にほぼ同一形状である。そこで、本実施形態では、溶銑ピーク濃度導出部５０２は、以下のようにして溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを求める。
【００４４】
まず、溶銑ピーク濃度導出部５０２は、溶銑に起因する濃度分布６１０における低濃度側（低輝度側）の裾野部分（背景に起因する濃度分布における高濃度側（高輝度側）の裾野部分）の所定の濃度レベルに、予め始点Ｋを指定する。図６に示した例では、濃度階調が８０の点を始点としている。そして、溶銑ピーク濃度導出部５０２は、始点Ｋから高濃度側（高輝度側）の方向にピーク検出処理を実行する。このピーク検出処理では、例えば、隣り合う濃度レベルで画素数（度数）の多寡を比較する処理を逐次進めることにより最初に得られた画素数の変曲点を、溶銑に起因するピークとし、そのピークでの濃度値を、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMとする処理が行われる。図６に示した例では、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMは、９３である。
【００４５】
[[スラグピーク濃度導出部５０３]]
スラグピーク濃度導出部５０３は、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMの値を用いて、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。
図６から分かるように濃度ヒストグラム６００では、溶融スラグに起因するピークが明確に出現していないので、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを算出したようにして溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSを演算することは困難である。
そこで、スラグピーク濃度導出部５０３は、溶銑と溶融スラグとが乱流状態で混在した出銑流に於いては溶銑と溶融スラグとの温度がほぼ等しいと見なせることから、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMに、溶銑及び溶融スラグの分光放射率により定められる定数を乗じることにより、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSを求める。
【００４６】
具体的にスラグピーク濃度導出部５０３は、溶銑の分光放射率と出銑流２０上の溶融スラグの平均的な分光放射率との関係を用いるようにしている。例えば、溶銑の分光放射率εMとして０．４２、溶融スラグの分光放射率εSとして０．６１が得られたとすると、スラグピーク濃度導出部５０３は、これら分光放射率εM、εSの比である１．４５（＝０．６１／０．４２）を用いて、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSを、以下の（４）式により求めることができる。
ＰS＝１．４５×ＰM  ・・・（４）
図６に示した例では、熱画像に濃度値が２７のバイアス（光の入射が無い時のＣＣＤカメラ６０の画像輝度）があったので、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSは、１２３（＝（９３−２７）×１．４５＋２７）となる。
【００４７】
[[分別部５０４]]
分別部５０４は、溶銑に起因する濃度分布６１０と、溶融スラグに起因する濃度分布６２０とにガウス関数をフィッティングする。
本実施形態では、以下の３種類のガウス関数を使用した。具体的に、溶銑に起因する濃度分布６１０のうちの濃度値ＰMよりも低濃度側（左側）を表現するためのガウス関数ＧM1と、溶銑に起因する濃度分布６１０のうちの濃度値ＰMよりも高濃度側（右側）を表現するためのガウス関数ＧM2と、溶融スラグに起因する濃度分布６２０の全体を表現するためのガウス関数ＧSとを用いた。溶銑に起因する濃度分布６１０に於いて、濃度値ＰMよりも低濃度側（左側）を表現するためのガウス関数ＧM1と、溶銑に起因する濃度分布６１０の濃度値ＰMよりも高濃度側（右側）を表現するためのガウス関数ＧM2と、を異ならせているのは、低濃度側と高濃度側とで、溶銑の濃度分布を生じさせている物理現象が異なると考えられるためである。
【００４８】
分別部５０４は、前述したようにして求めた、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMと、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSとを用いて、以上の３つのガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSが、図６に示した濃度ヒストグラム６００に合うように、３つのガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSのパラメータを定める最適化計算を実行する。このとき、ガウス関数ＧM1、ＧM2の平均値はＰMとして与え、ガウス関数ＧSの平均値はＰSとして与える。
【００４９】
図７は、このようにして分別部５０４が濃度ヒストグラム６００にガウス関数をフィッティングして得られた結果の一例を示す図である。
図７に示す例では、溶銑に起因する濃度分布６１０に対してフィッティングして得られたガウス関数ＧM（＝ＧM1＋ＧM2）におけるピークでの高さ（画素数）は、１７４０である。また、ガウス関数ＧMにおける低濃度側での標準偏差σは４６であり、高濃度側での標準偏差σは９３である。さらに、溶融スラグに起因する濃度分布６２０に対してフィッティングして得られたガウス関数ＧSにおけるピークでの高さ（画素数）は、５１２であり、このガウス関数ＧSにおける標準偏差σは５５２である。尚、図７中のＧA（"○"のプロット）は、ガウス関数ＧMとガウス関数ＧSの画素数の加算値であり、ＧAが観測値にほぼ一致することが確認できる。
【００５０】
[[スラグ比率算出部５０５]]
スラグ比率算出部５０５は、分別部５０４によりガウス関数ＧM、ＧSが得られると、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを求める。
ガウス関数ＧM、ＧSは、画像濃度Ｐの関数であるので、以下の（５）式及び（６）式を用いることにより、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを求めることができる。
【００５１】
【数１】
2015113476.tif 000003
【００５２】
このように、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSは、ガウス関数ＧM、ＧSの積分値である。図６に示した例では、ガウス関数ＧMの面積ＳMは、２．５×１０4であり、ガウス関数ＧSの面積ＳSは、２．１×１０4である。
以上のようにして得られたガウス関数ＧMの面積ＳMは、溶銑の表面積を表し、ガウス関数ＧSの面積ＳSは溶融スラグの表面積を表す。ここで、出銑口１０ａから流出した出銑流２０は乱流であるので、溶銑と溶融スラグとの混合比率は、出銑流２０の表面と内部とで均一であると仮定することができる。そうすると、熱画像として観察して得られる溶銑の表面積と溶融スラグの表面積との比率が、溶銑の体積と溶融スラグの体積との比率に等しいとすることができる。即ち、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSの比率が、溶銑の体積と溶融スラグの体積との比率に相当する。従って、ガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSの比率を求めれば、出銑口１０ａから流出した溶銑と溶融スラグとの混合比率を求めることができる。
【００５３】
スラグ比率算出部５０５は、溶銑に対する溶融スラグの体積比率を溶融スラグ比率Ｒとして求める。具体的に説明すると、溶融スラグ比率Ｒは、以下の（７）式を用いることにより求めることができる。
【００５４】
Ｒ＝ＳS／（ＳM＋ＳS） ・・・（７）
図６に示した例では、ガウス関数ＧMの面積ＳMは、２．５×１０4であり、ガウス関数ＧSの面積ＳSは、２．１×１０4であるので、溶融スラグ比率Ｒは０．４６となる。
【００５５】
[[溶融スラグ比率導出部２０３の変形例]]
必ずしも、濃度ヒストグラム６００に対するフィッティングにガウス関数を用いる必要はなく、χ２乗分布関数、Ｆ分布関数、又はｔ分布関数等の分布関数を用いることもできる。
本実施形態では、前述したように、溶融スラグに起因する濃度分布６２０については、濃度値ＰSよりも高濃度側の分布と、濃度値ＰSよりも低濃度側の分布とが対称であるとして、１つのガウス関数ＧSを用いるようにしたが、溶融スラグに起因する濃度分布６２０についても、溶銑に起因する濃度分布６１０と同様に、濃度値ＰSよりも低濃度側の分布と濃度値ＰSよりも高濃度側の分布とが非対称であるとして２つのガウス関数を用いるようにしてもよい。
【００５６】
また、本実施形態では、濃度ヒストグラムにフィッティングして得られたガウス関数ＧM、ＧSを用いて、溶融スラグ比率Ｒを求めるようにした。しかしながら、ＣＣＤカメラ６０により撮像された熱画像から、溶融スラグ比率Ｒを求めることができれば、必ずしも濃度ヒストグラム６００にフィッティングして得られたガウス関数ＧM、ＧSを用いる必要はない。
【００５７】
例えば、ＣＣＤカメラ６０により撮像された熱画像から、濃度が第１の閾値以下の画素（背景の画素）を除外して溶銑及び溶融スラグの熱画像を取り出した後、取り出した熱画像を第２の閾値で二値化し、二値化した一方の値を有する画素数と他方の値を有する画素数との比から、溶融スラグ比率Ｒを求めるようにしてもよい。ここで、第２の閾値は、例えば、溶銑に起因する濃度分布６１０のピークでの濃度値ＰMに一定の定数を乗じた濃度とする方法が考えられる。
【００５８】
［出銑流径導出部２０４の詳細］
まず、以下に説明するようにして、出銑流２０の実効直径Ｄeffを導出する方法を見出した背景について説明する。
【００５９】
図８は、顕著な表面波が生じていない出銑流２０の熱画像の一例を示す図である。
図８に示す熱画像８００において、出銑流の表面に表面波８１０（波打っている部分）が写し出されており、また、出銑流２０の下方には、滞留スラグ８２０が写し出されている。
【００６０】
図９は、激しい表面波を伴う出銑流２０の熱画像の例を示す図である。尚、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示す熱画像９１０、９２０、９３０は、ある出銑において、激しい表面波が生じている時間帯の出銑流２０の熱画像である。また、図９に示す熱画像９１０、９２０、９３０は、出銑口１０ａの近くで出銑流２０を撮像することにより得られたものであるが、熱画像９１０、９２０、９３０には、出銑口１０ａは写し出されていない（熱画像９１０、９２０、９３０の「出銑口近傍」と示されている暗い領域は、構造物によるものであり、この構造物の後ろ側に出銑口１０ａがある）。
【００６１】
図８に示した熱画像８００では、表面波８１０はそれほど大きくないが、長時間の出銑中には、図９に示すように激しい表面波を伴うこともある。図９（ａ）、図９（ｂ）に示す熱画像９１０、９２０を用いた場合、出銑口近傍において出銑流の直径を測定すれば、当該出銑流の直径は出銑口径に近くなると推定されるが、図９において噴出方向と示されている矢印線のすぐ先において出銑流の直径を測定すると、表面波の影響で、当該出銑流の直径は出銑口径よりも大きくなったり小さくなったりする。図９（ｃ）に示す熱画像９３０では、出銑口近傍で既に出銑流の直径が膨張し、その先では出銑流の直径が減少している。このような状況では、出銑流の直径の測定値のバラツキが大きくなる。表面波の大きさは、２［hour］〜３［hour］の出銑中に様々な態様となり、時々刻々と変化する。
【００６２】
したがって、このような表面波の影響を考慮して出銑流の直径を求める必要がある。本実施形態では、ＣＣＤカメラ６０により撮像された出銑流２０の熱画像を、以下のようにして処理することにより、出銑流２０の熱画像から、出銑流２０の実効直径Ｄeffを導出できるようにした。以下に、かかる処理を行う出銑流径導出部２０４の機能の一例について説明する。
図１０は、出銑流径導出部２０４の機能的な構成の一例を示す図である。図１１は、出銑流径導出部２０４における処理の内容の一例を概念的に示す図である。尚、前述したように本実施形態では、熱画像入力部２０１は、１０枚単位の熱画像を入力するが、図１１では、表記の都合上、６枚の熱画像についてのみ示す。図１１に示す熱画像は、熱画像１、熱画像２、熱画像３、熱画像４、熱画像５、熱画像６の順で時間的に連続して撮像されたものである。尚、図１１の熱画像及び２値化画像内に示されている矩形状の枠は、出銑流径導出部２０４で使用されるものではない。
【００６３】
[[２値化画像生成部１００１]]
２値化画像生成部１００１は、熱画像入力部２０１により、１０枚単位の熱画像のデータが入力されると、それらの熱画像のデータの夫々に対して、２値化処理を行う。ここでは、２値化処理により、熱画像において、撮像対象となる出銑流２０の背景となっている暗い領域と、温度が高温であることにより発光している出銑流２０の領域とを分離する。したがって、これらの領域が分離されるように（すなわち、出銑流２０の領域の画素値が「１」、背景となっている領域の画素値が「０」となるように）、２値化処理における閾値を定める必要がある。
【００６４】
図１２は、出銑流２０の熱画像から得られた濃度ヒストグラムの一例を示す図である。前述したように、濃度ヒストグラムにおける画像濃度の値は、熱画像の各画素の画素値となる。
図１２において、出銑流２０の背景となっている領域に対応する濃度分布（背景濃度分布１２０１）と、出銑流２０の領域に対応する濃度分布（溶銑の領域に対応する濃度分布（溶銑濃度分布１２０２）及び溶融スラグの領域に対応する濃度分布（スラグ濃度分布１２０３））と、を分離するためには、背景濃度分布１２０１と、溶銑濃度分布１２０２との間に生じている谷間（画素数が０（ゼロ）に近い値を示す領域）の画素濃度の範囲内で閾値を設定すればよい。
【００６５】
図１２に示す例では、出銑流２０の熱画像の最高濃度（画素値の最大値）の０．２１倍以上、０．４０倍以下（出銑流２０の熱画像の最高濃度×０．２１〜出銑流２０の熱画像の最高濃度×０．４０）の範囲（図１２に示す２値化閾値範囲）であれば、熱画像において、出銑流２０の背景となっている領域と、出銑流２０の領域とを分離することができる。
【００６６】
本発明者らは、このような出銑流２０の熱画像の濃度ヒストグラムを、出銑流２０の状態が様々な状態であるときの複数枚の出銑流２０の熱画像について作成し、作成した濃度ヒストグラムから、適切な２値化閾値範囲がどの範囲になるのかを調査した。その結果、出銑流２０の熱画像の最高濃度の０．２７倍以上、０．３８倍以下（出銑流２０の熱画像の最高濃度×０．２７〜出銑流２０の熱画像の最高濃度×０．３８）の範囲で２値化処理の閾値を設定すれば、熱画像において、出銑流２０の背景となっている領域と、出銑流２０の領域とを常に安定して分離する２値化処理を行えることを見出した。特に、出銑流２０の熱画像の最高濃度の０．３５倍の値を２値化処理の閾値にすると、輝度差のある溶銑と溶融スラグを含む出銑流２０の領域を出銑流２０の背景となっている領域と良好に分離することができることを確認している。
【００６７】
本実施形態では、このような範囲の中からオペレータにより選択された閾値が、例えば、オペレータによる画像処理装置７０の操作に基づいて、予め画像処理装置７０に設定されているものとする。
２値化画像生成部１００１は、画素値が閾値以上の画素の画素値を「１」とし、画素値が閾値未満の画素の画素値を「０」とすることを、熱画像入力部２０１により入力された１０枚単位の熱画像のデータのそれぞれについて行うことにより２値化画像を生成する。例えば、図１１に示す熱画像１〜６からは２値化画像１〜６が生成される。
【００６８】
[[差分２値化画像生成部１００２]]
差分２値化画像生成部１００２は、２値化画像生成部１００１により生成された２値化画像であって、時間的に連続する２枚の２値化画像の相互に対応する画素の画素値の絶対値差分をとることを、それら２値化画像の全ての画素について行って、差分２値化画像を生成する。すなわち、差分２値化画像生成部１００２は、時間的に連続する２枚の２値化画像の相互に対応する画素の画素値が異なれば、当該画素の画素値が「１」となり、時間的に連続する２枚の２値化画像の相互に対応する画素の画素値が同じであれば、当該画素値の画素値が「０」となる画像である差分２値化画像を生成する。
【００６９】
差分２値化画像生成部１００２は、このような差分２値化画像の生成を、２値化画像生成部１００１により生成された２値化画像の全てについて行う。例えば、図１１に示す２値化画像１〜６からは差分２値化画像１〜５が生成される。より具体的に説明すると、例えば、図１１に示す２値化画像１、２から差分２値化画像１が生成される。このようにすることによって、形状及び大きさが高速で変化する表面波の部分が抽出される（図１１に示す差分２値化画像１〜５の白い領域を参照）。
【００７０】
[[合成差分２値化画像生成部１００３]]
合成差分２値化画像生成部１００３は、差分２値化画像生成部１００２により生成された複数枚の差分２値化画像の相互に対応する画素の画素値の論理和をとることを、それら複数枚の差分２値化画像の全ての画素について行って、合成差分２値化画像を生成する。すなわち、合成差分２値化画像生成部１００３は、差分２値化画像生成部１００２により生成された複数枚の差分２値化画像の相互に対応する画素の画素値の少なくとも１つが「１」であるならば当該画素の画素値を「１」とし、そうでなければ当該画素の画素値を「０」として合成差分２値化画像を生成する。
【００７１】
例えば、図１１に示す差分２値化画像１〜６から合成差分２値化画像が生成される。図１１に示すように差分２値化画像１〜５において、表面波の変化がたまたま無い箇所では、白い領域（画素値が「１」の領域）が出現しない。そこで、差分２値化画像１〜６の相互に対応する画素の画素値の論理和をとることで、出銑流２０の定常的な領域の上下の表面波の領域（非定常的な領域）を抽出することができる。このように、合成差分２値化画像は、出銑流２０に対応する領域を、画素値が「１」の部分である表面波部と画素値が「０」である内層部とで表す２値化画像である。このように、合成差分２値化画像は、表面波を抽出した表面波抽出画像となる。尚、内層部は、差分２値化画像の生成に用いた全ての熱画像の対応する位置の画素に出銑流２０が撮像されている熱画像上の部分である。一方、表面波部は、当該熱画像の対応する位置に、出銑流２０が撮像されている画素と撮像されていない画素とが存在する熱画像上の部分である。
【００７２】
[[出銑流内径算出部１００４]]
出銑流内径算出部１００４は、合成差分２値化画像生成部１００３により生成された合成差分２値化画像から、合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´を導出する。合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´は、合成差分２値化画像における出銑流２０の定常的な領域の直径であり、合成差分２値化画像の上下の白い領域（画素値が「１」の領域）の間の、出銑流２０の噴出方向に垂直な方向における長さである。
図１３は、合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´を導出する方法の概念の一例を説明する図である。図１３を参照しながら、出銑流内径算出部１００４の処理の一例の詳細を説明する。
【００７３】
まず、出銑流内径算出部１００４は、合成差分２値化画像生成部１００３により生成された合成差分２値化画像に対して始点１３０１を設定する。合成差分２値化画像の大きさは予め定まっており、且つ、ＣＣＤカメラ６０の視野となる領域と、出銑流２０が空中を移動する経路は大きく変動しない。したがって、合成差分２値化画像において、出銑流２０が確実に含まれる領域を予め想定することができる。このような出銑流２０が確実に含まれる合成差分２値化画像の領域のうち、各熱画像に対して前述したようにして出銑流速度導出部２０２により設定及び探索されたテンプレートの位置に近い領域の中から始点１３０１が定められる。
【００７４】
本実施形態では、始点１３０１の位置は、例えば、オペレータによる画像処理装置７０の操作に基づいて、予め画像処理装置７０に設定されるものとする。
また、本実施形態では、始点１３０１の位置は、図１３に示すように、合成差分２値化画像の左下の位置を原点としたときのｘ軸の座標とｙ軸の座標で表されるものとする。ここで、ｘ軸の座標は、合成差分２値化画像の横方向の座標であり、ｙ軸の座標は、合成差分２値化画像の縦方向の座標である。
【００７５】
次に、出銑流内径算出部１００４は、始点１３０１となる画素から、ｙ軸の正の方向に、１画素ずつ画素値を読み出し、画素値が初めて「１」となる画素の位置（座標）を読み出す。そして、出銑流内径算出部１００４は、始点１３０１となる画素から、読み出した画素の１つ前の画素までの距離（画素数）を求める。以下の説明では、このようにして求めた距離（画素数）を必要に応じて「始点表面波間上方向距離Ｌup1」と称する。始点表面波間上方向距離Ｌup1は、始点１３０１から表面波を示す領域までの、合成差分２値化画像の鉛直上方向における距離を示す。
【００７６】
次に、出銑流内径算出部１００４は、始点１３０１となる画素から、ｙ軸の負の方向に、１画素ずつ画素値を読み出し、画素値が初めて「１」となる画素の位置（座標）を読み出す。そして、出銑流内径算出部１００４は、始点１３０１となる画素から、読み出した画素の１つ前の画素までの距離（画素数）を求める。以下の説明では、このようにして求めた距離（画素数）を必要に応じて「始点表面波間下方向距離Ｌdown1」と称する。始点表面波間下方向距離Ｌdown1は、始点１３０１から表面波を示す領域までの、合成差分２値化画像の鉛直下方向における距離を示す。
【００７７】
次に、出銑流内径算出部１００４は、始点表面波間上方向距離Ｌup1と始点表面波間下方向距離Ｌdown1とを加算する。これにより、始点１３０１を通り、且つ、合成差分２値化画像の縦方向（上下方向）に延びる直線に沿った方向おける、表面波を示す領域の間の距離（画素数）を求めることができる。以下の説明では、このようにして求めた距離（画素数）を必要に応じて「表面波間縦方向距離Ｌ１」と称する。表面波間縦方向距離Ｌ１は、以下の（８）式で表される。
Ｌ１＝Ｌup1＋Ｌdown1  ・・・（８）
【００７８】
次に、出銑流内径算出部１００４は、出銑流２０の空中での移動方向（図１３の噴出方向）とｘ軸とのなす角度をθとして、以下の（９）式により、合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´を導出する。
Ｄin´＝Ｌ１×ｃｏｓθ  ・・・（９）
図１３に示すように、出銑流２０の空中での移動方向（図１３の噴出方向）は、ｘ軸に平行（水平方向）ではない。したがって、（９）式の計算を行うことにより、始点１３０１を通り、且つ、出銑流２０の空中での移動方向（図１３の噴出方向）に対して直交する直線に沿う方向における、表面波を示す領域の間の距離（画素サイズを単位とする長さ）を、合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´として得ることができる。
【００７９】
前述したように、出銑流２０が空中を移動する経路は大きく変動しないので、出銑流２０の空中での移動方向（図１３の噴出方向）も大きく変動しない。そこで、本実施形態では、出銑流２０の空中での移動方向（図１３の噴出方向）とｘ軸とのなす角度θは、例えば、オペレータによる画像処理装置７０の操作に基づいて、予め画像処理装置７０に設定されているものとする。
【００８０】
[[出銑流外径算出部１００５]]
出銑流外径算出部１００５は、合成差分２値化画像生成部１００３により生成された合成差分２値化画像から、合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´を導出する。合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´は、合成差分２値化画像における表面波の領域を含む出銑流２０の直径である。具体的に出銑流２０の外径Ｄoutは、合成差分２値化画像の白い領域（画素値が「１」の領域）のうち、上にある方の領域の上端と、下にある方の領域の下端との間の、出銑流２０の空中での移動方向に垂直な方向における長さを実空間における長さに変換したものである。
【００８１】
図１４は、合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´を導出する方法の概念の一例を説明する図である。図１４を参照しながら、出銑流外径算出部１００５の処理の一例の詳細を説明する。
まず、出銑流外径算出部１００５は、出銑流内径算出部１００４により設定された始点１３０１となる画素から、ｙ軸の正の方向に、１画素ずつ画素値を読み出し、画素値が「１」となった後、初めて画素値が「０」となる画素の位置（座標）を読み出す。そして、出銑流外径算出部１００５は、始点１３０１となる画素から、読み出した画素の１つ前の画素までの距離（画素数）を求める。以下の説明では、このようにして求めた距離（画素数）を必要に応じて「始点表面波上端間上方向距離Ｌup2」と称する。始点表面波上端間上方向距離Ｌup2は、始点１３０１から表面波の上端の領域までの、合成差分２値化画像の鉛直上方向における距離を示す。
【００８２】
次に、出銑流外径算出部１００５は、始点１３０１となる画素から、ｙ軸の負の方向に、１画素ずつ画素値を読み出し、画素値が「１」となった後、初めて画素値が「０」となる画素の位置（座標）を読み出す。そして、出銑流外径算出部１００５は、始点１３０１となる画素から、読み出した画素の１つ前の画素までの距離（画素数）を求める。以下の説明では、このようにして求めた距離（画素数）を必要に応じて「始点表面波下端間下方向距離Ｌdown2」と称する。始点表面波下端間下方向距離Ｌdown2は、始点１３０１から表面波の下端の領域までの、合成差分２値化画像の鉛直下方向における距離を示す。
【００８３】
次に、出銑流外径算出部１００５は、始点表面波上端間上方向距離Ｌup2と始点表面波下端間下方向距離Ｌdown2とを加算する。これにより、始点１３０１を通り、且つ、合成差分２値化画像の縦方向（上下方向）に延びる直線に沿った方向おける、出銑流２の上側の表面波の上端から下側の表面波の下端までの距離（画素数）を求めることができる。以下の説明では、このようにして求めた距離（画素数）を必要に応じて「表面波上下端間縦方向距離Ｌ２」と称する。表面波上下端間縦方向距離Ｌ２は、以下の（１０）式で表される。
Ｌ２＝Ｌup2＋Ｌdown2  ・・・（１０）
【００８４】
次に、出銑流外径算出部１００５は、出銑流２０の空中での移動方向（図１４の噴出方向）とｘ軸とのなす角度をθとして、以下の（１１）式により、合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´を導出する。
Ｄout´＝Ｌ２×ｃｏｓθ  ・・・（１１）
（１１）式の計算を行うことにより、始点１３０１を通り、且つ、出銑流２０の空中での移動方向（図１４の噴出方向）に対して直交する直線に沿う方向における、出銑流２０の上側の表面波の上端と下側の表面波の下端との間の距離（画素サイズを単位とする長さ）を、合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´として得ることができる。
尚、本実施形態では、出銑流２０の空中での移動方向とｘ軸とのなす角度θとして、出銑流内径算出部１００４で用いたものと同じものが用いられるものとする。
【００８５】
[[出銑流実効直径算出部１００６]]
出銑流実効直径算出部１００６は、出銑流内径算出部１００４により算出された合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´と、合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´と、後述する表面波寄与率記憶部２０６に記憶された表面波寄与率ｋとを用いて、以下の（１２）式の計算を行って、合成差分２値化画像における出銑流２０の実効直径Ｄeff´を算出する。
Ｄeff´＝Ｄin´+（Ｄout´−Ｄin´）×ｋ  ・・・（１２）
【００８６】
前述したように、表面波寄与率ｋは、０〜１の範囲で実験的に定められるパラメータである。表面波の形状は、場所によっても時間によっても異なる。そこで、本実施形態では、出銑流２０の表面波の領域のうち、出銑流２０の直径の算出に影響を与える領域を、表面波寄与率ｋにより調整する。表面波寄与率ｋが０（ｋ＝０）の場合は、表面波を除外した合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´が、合成差分２値化画像における出銑流２０の実効直径Ｄeff´となる。一方、表面波寄与率ｋが１（ｋ＝１）の場合は、表面波の最大振幅を含めた合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´が、合成差分２値化画像における出銑流２０の実効直径Ｄeff´となる。
【００８７】
次に、出銑流実効直径算出部１００６は、合成差分２値化画像における出銑流２０の実効直径Ｄeff´を実空間における長さに換算することで、実空間における出銑流２０の実効直径Ｄeffを導出する。ＣＣＤカメラ６０の被写体距離とレンズ画角とに基づいて、合成差分２値化画像の１画素の実空間における長さを予め求めておき、その長さを、熱画像の画素寸法と当該画素に対応する被撮像対象（出銑流２０）の寸法との関係の一例として、例えば、オペレータによる画像処理装置７０の操作に基づいて、画像処理装置７０に予め設定しておくことで、前述した換算を行うことができる。
【００８８】
[[出銑流径導出部２０４の変形例]]
ここでは、時間的に連続する２枚の２値化画像の絶対値差分をとって差分２値化画像を生成する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしも時間的に連続する２枚の２値化画像で差分２値化画像を生成する必要はない。連続的に撮像された、すなわち、表面波の様子が大きく変化しない時間内で撮像された複数枚の熱画像を用いて生成された複数枚の２値化画像を用いる組み合わせであれば、差分２値化画像を生成するための２枚の２値化画像の組み合わせは限定されない。このとき、連続的に撮像された複数枚の熱画像を用いて生成された複数枚の２値化画像の全てを少なくとも一度は用いる組み合わせとしてもよいし、当該複数枚の２値化画像の一部を用いる組み合わせとしてもよい。例えば、図１１において、２値化画像１と２値化画像３、２値化画像２と２値化画像３、２値化画像２と２値化画像４といった、異なる時間に撮像された２枚の２値化画像の異なる組み合わせで差分２値化画像を求めてもよい。
【００８９】
また、複数の始点１３０１を設定し、設定した始点１３０１のそれぞれに対して表面波間縦方向距離Ｌ１、表面波上下端間縦方向距離Ｌ２を導出することを試みて、表面波間縦方向距離Ｌ１、表面波上下端間縦方向距離Ｌ２が導出されなくなることを防止してもよい。このようにする場合、複数の表面波間縦方向距離Ｌ１、表面波上下端間縦方向距離Ｌ２が導出される場合がある。そこで、例えば、複数の始点１３０１に対して優先順位を予め付けておき、優先順位が高い始点１３０１に対して導出された表面波間縦方向距離Ｌ１、表面波上下端間縦方向距離Ｌ２を導出したり、複数の表面波間縦方向距離Ｌ１、表面波上下端間縦方向距離Ｌ２の算術平均値を表面波間縦方向距離Ｌ１、表面波上下端間縦方向距離Ｌ２として採用したりすることができる。
【００９０】
合成差分２値化画像を生成する場合には、出銑流上下の表面波像に途切れが生じないように、一定の撮像間隔で連続的に得られる出銑流２０の熱画像の数が多い程好ましいが、熱画像の数が３以上であれば殆どの場合は表面波像に途切れが生じない。ただし、一定の撮像間隔で連続的に得られる出銑流２０の熱画像の数が多くなると、画像処理装置７０における処理の負担が増加するので、当該処理の負担が増加しない範囲で、一定の撮像間隔で連続的に得られる出銑流２０の熱画像の数の上限値を決めるのが好ましい。
【００９１】
また、本実施形態では、（８）式、（１０）式により表面波間縦方向距離Ｌ１、表面波上下端間縦方向距離Ｌ２を求めた後に、（９）式、（１１）式により合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´、外径Ｄout´を求めるようにしたが、必ずしもこのようにして合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´、外径Ｄout´を求める必要はない。例えば、次のようにしてもよい。
【００９２】
まず、合成差分２値化画像に対し、始点１３０１を通り、且つ、出銑流２０の空中での移動方向（図１３、図１４の噴出方向）に直交する方向に延びる直線を設定する。次に、設定した直線を構成する画素の画素値を読み出す。次に、読み出した画素の画素値に基づいて、設定した直線から、連続して画素値が「０」となる複数の画素からなる領域であって、当該領域の両端の隣の画素が、画素値が「１」の画素となる領域を抽出する。
【００９３】
次に、抽出した領域の画素サイズを単位とする長さを求め、当該長さを合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´とする。同様に、設定した直線から、連続して画素値が「０」となる複数の画素からなる領域と、その上下の連続して画素値が「１」の画素となる領域であって、当該領域の両端の隣の画素が、画素値が「０」の画素となる領域と、を抽出する。次に、抽出した領域の長さを求め、当該長さを合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´とする。
【００９４】
また、本実施形態では、出銑流２０の空中での移動方向（図１３、図１４の噴出方向）とｘ軸とのなす角度θを、オペレータによる画像処理装置７０の操作に基づいて、予め画像処理装置７０に設定する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はなく、例えば、合成差分２値化画像から、出銑流２０の空中での移動方向（図１３の噴出方向）とｘ軸とのなす角度θを求めるようにしてもよい。このようにする場合には、例えば、次のようにすることができる。
【００９５】
まず、合成差分２値化画像の一列の画素（縦方向の全画素）の画素値を読み出す。次に、読み出した画素の画素値に基づいて、当該列から、連続して画素値が「０」となる複数の画素からなる領域であって、当該領域の両端の隣の画素が、画素値が「１」の画素となる領域を識別し、当該領域の両端の隣の画素のうち、予め設定された一端側の画素の位置（座標）を読み出す。このような画素の位置（座標）の読み出しを、合成差分２値化画像の（予め設定された領域内の）各列について行う。そして、読み出した各列の画素の位置（座標）を示す関数を１次関数で表し（近似し）、当該１次関数の傾きに基づいて、出銑流２０の空中での移動方向（図１３、図１４の噴出方向）とｘ軸とのなす角度θを導出する。
【００９６】
また、本実施形態では、合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´の導出と、合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´の導出とを行って、（１２）式により、合成差分２値化画像における出銑流２０の実効直径Ｄeff´を導出し、合成差分２値化画像における出銑流２０の実効直径Ｄeff´を、実空間における出銑流２０の実効直径Ｄeffに換算した。しかしながら、実空間への換算は、どのタイミングで行っても等価なものである。例えば、合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´を、実空間における出銑流２０の内径Ｄinへ換算すると共に、合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´を、実空間における出銑流２０の外径Ｄoutへ換算し、以下の（１３）式の計算を行って、実空間における出銑流２０の実効直径Ｄeffを算出しても本実施形態で説明した処理と等価な処理となる。
Ｄeff＝Ｄin+（Ｄout−Ｄin）×ｋ  ・・・（１３）
【００９７】
［表面波寄与率導出部２０５の詳細］
前述したように、溶銑の生成量（質量）は、タップ毎にトーピードカーの質量変化を秤量器で測定することにより得られる。これに対し、溶融スラグの質量については、水砕後でしか測定することができない。そこで、本実施形態では、以下に説明するようにして算出される溶銑の質量がタップ毎に測定された溶銑の生成量（質量）に一致する（最も近くなる）ように表面波寄与率ｋを合わせ込むようにした。以下に、かかる処理を行う表面波寄与率導出部２０５の機能の一例について説明する。
【００９８】
図１５は、表面波寄与率導出部２０５の機能的な構成の一例を示す図である。
[[溶銑流量算出部１５０１]]
溶銑流量算出部１５０１は、溶融スラグの流量の測定の対象となるタップよりも前のタップを対象としてＣＣＤカメラ６０で撮像されて熱画像入力部２０１に入力された１０枚単位の熱画像のデータを入力する。本実施形態では、溶銑流量算出部１５０１は、複数のタップからなるタップ群で連続的に得られた１０枚単位の熱画像のデータを全て入力するものとする。尚、前述の様に、本実施形態では、ＣＣＤカメラ６０は、出銑口１０ａから流出した出銑流２０の熱画像を５［ｍｓｅｃ］の撮像間隔で１０枚撮像することを、１０［ｓｅｃ］の周期で周期的に行う。ここでは、この様な撮像を複数のタップについて行う。
【００９９】
そして、溶銑流量算出部１５０１は、熱画像入力部２０１から入力した１０枚単位の熱画像のデータを用いて、出銑流速度導出部２０２及び溶融スラグ比率導出部２０３で説明した手順と同じ手順を踏んで、出銑流２０の移動速度Ｖと溶融スラグ比率Ｒとを算出する。出銑流２０の速度Ｖと溶融スラグ比率Ｒの算出方法は、前述した通りであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【０１００】
次に、溶銑流量算出部１５０１は、予め設定されている表面波寄与率ｋの複数の候補のうち、１つを選択して、選択した表面波寄与率ｋの候補と、熱画像入力部２０１から入力した１０枚単位の熱画像のデータとを用いて、出銑流径導出部２０４と同じ手順を踏んで、出銑流２０の実効直径Ｄeffを算出する。出銑流２０の実効直径Ｄeffの算出方法は、前述した通りであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【０１０１】
次に、溶銑流量算出部１５０１は、以上のようにして算出した出銑流２０の速度Ｖ、溶融スラグ比率Ｒ、出銑流２０の実効直径Ｄeffと、予め設定されている溶銑の密度ρi［ｔｏｎ／ｍ3］とを用いて、溶銑の流量Ｑi［ｔｏｎ／ｓｅｃ］を導出する。前述したように本実施形態では、出銑流２０の形状を円筒形状に近似しているので、溶銑流量算出部１５０１は、以下の（１４）式により、溶銑の流量Ｑiを算出する。
Ｑi＝（Ｄeff÷２）2×π×Ｖ×Ｒ×ρi  ・・・（１４）
【０１０２】
溶銑流量算出部１５０１は、以上のような溶銑の流量Ｑiの算出を、表面波寄与率ｋの複数の候補のそれぞれについて行う。すなわち、溶銑流量算出部１５０１は、出銑流２０の実効直径Ｄeffを算出する際の表面波寄与率ｋの値のみを異ならせて、溶銑の流量Ｑiを算出する。さらに、溶銑流量算出部１５０１は、表面波寄与率ｋの複数の候補のそれぞれについての溶銑の流量Ｑiの算出を、複数のタップのそれぞれで行う。
【０１０３】
[[溶銑質量算出部１５０２]]
溶銑質量算出部１５０２は、同一の表面波寄与率ｋの値から溶銑流量算出部１５０１で１０［ｓｅｃ］周期で算出された各タップにおける溶銑の流量Ｑiの値を各タップの全体について積算した値を、溶銑の質量として算出することを、表面波寄与率ｋの複数の候補のそれぞれについて行う。以下の説明では、このようにして算出された溶銑の質量を、必要に応じて「溶銑の質量の計算値」と称する。
【０１０４】
[[溶銑質量取得部１５０３]]
溶銑質量取得部１５０３は、前記複数のタップのそれぞれにおいて前述した秤量器の測定の結果から得られる溶銑の質量のデータを取得する。溶銑の質量のデータの取得の形態としては、例えば、オペレータによる入力操作、可搬型記憶媒体からの読み出し、外部装置からの送信の少なくとも１つが挙げられる。そして、溶銑質量取得部１５０３は、各タップにおける溶銑の質量を積算し、各タップにおける溶銑の質量を算出する。以下の説明では、このようにして算出された溶銑の質量を、必要に応じて「溶銑の質量の実測値」と称する。
【０１０５】
[[表面波寄与率決定部１５０４]]
表面波寄与率決定部１５０４は、溶銑質量算出部１５０２により算出された溶銑の質量の計算値と、溶銑質量取得部１５０３により得られた溶銑の質量の実測値とを用いて、表面波寄与率ｋを決定する。
図１６は、溶銑の質量の実測値と計算値との関係の一例を示す図である。具体的に、図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）は、それぞれ、表面波寄与率ｋの値が「０」、「０．３」、「０．６」の場合の溶銑の質量の実測値と計算値との関係を示す図である。尚、前述したように、溶銑の質量の実測値と計算値のうち、表面波寄与率ｋによって値が変わるのは、計算値のみである。
【０１０６】
図１６（ａ）に示すように、表面波寄与率ｋを０（ｋ＝０）とすると、計算値が実測値よりも小さくなり、図１６（ｃ）に示すように、表面波寄与率ｋを０．６（ｋ＝０．６）とすると、逆に計算値が実測値よりも大きくなる。これに対し、図１６（ｂ）に示すように、表面波寄与率ｋを０．３（ｋ＝０．３）とすると、計算値が実測値に一致（近く）なることが分かる。
このように、溶銑の質量の計算値と、溶銑の質量の実測値との関係から、実測値に最も近い計算値が得られたときに採用した表面波寄与率ｋを導出すれば、出銑流径導出部２０４により出銑流２０の実効直径Ｄeffを正確に導出することができる（すなわち、（１２）式におけるｋの値を実測値に合わせることができる）。
【０１０７】
そこで、本実施形態では、表面波寄与率決定部１５０４は、溶銑質量算出部１５０２により算出された溶銑の質量の計算値のうち、同一の表面波寄与率ｋ及び同一のタップにおいて得られた溶銑の質量の計算値と、溶銑の質量の実測値との残差平方和を算出することを、前記表面波寄与率ｋの複数の候補の全てについて行い、残差平方和と表面波寄与率ｋとの関係を表す関数を作成する。図１７は、残差平方和と表面波寄与率ｋとの関係の一例を示す図である。図１７に示す結果から、本実施形態では、溶融スラグの流量Ｑsの導出のために使用する表面波寄与率ｋとして、０．３を採用した。
【０１０８】
そして、表面波寄与率決定部１５０４は、残差平方和と表面波寄与率ｋとの関係を表す関数から、残差平方和が最小になるときの表面波寄与率ｋを導出し、表面波寄与率記憶部２０６に記憶する。
【０１０９】
[[表面波寄与率導出部２０５の変形例]]
表面波寄与率導出部２０５の機能は、画像処理装置７０の内部になくてもよい。このようにする場合、画像処理装置７０とは別の情報処理装置に表面波寄与率導出部２０５の機能を持たせ、当該情報処理装置で得られた表面波寄与率ｋを表面波寄与率記憶部２０６に記憶させてもよい。
また、溶銑の質量の計算値と測定値との差を評価する手法を用いていれば、必ずしも残差平方和を、溶銑の質量の計算値と測定値との差を評価する手法として用いる必要はない。
また、溶銑の質量の計算値を、１つのタップの単位で求めなくてもよい。例えば、複数のタップ毎に、溶銑の質量の計算値を求めるようにしてもよい。
【０１１０】
＜動作フローチャート＞
次に、図１８のフローチャートを参照しながら、溶融スラグの流量Ｑsを導出する際の画像処理装置７０の処理の概要の一例を説明する。
まず、ステップＳ１８０１において、熱画像入力部２０１は、５［ｍｓｅｃ］の撮像間隔で撮像された１０枚の出銑流２０の熱画像のデータを、１０［ｓｅｃ］の周期で繰り返し入力する。
次に、ステップＳ１８０２において、出銑流速度導出部２０２は、出銑流２０の速度Ｖを導出する出銑流速度導出処理を実行する。出銑流速度導出処理の詳細は、図１９を参照しながら後述する。
【０１１１】
次に、ステップＳ１８０３において、溶融スラグ比率導出部２０３は、溶融スラグ比率Ｒを導出する溶融スラグ比率導出処理を実行する。溶融スラグ比率導出処理の詳細は、図２０を参照しながら後述する。
次に、ステップＳ１８０４において、出銑流径導出部２０４は、出銑流２０の実効直径Ｄeffを導出する出銑流実効直径導出処理を実行する。出銑流実効直径導出処理の詳細は、図２１を参照しながら後述する。
【０１１２】
次に、ステップＳ１８０５において、溶融スラグ流量導出部２０７は、ステップＳ１８０２で導出された出銑流２０の速度Ｖと、ステップＳ１８０３で導出された溶融スラグ比率Ｒと、ステップＳ１８０４で導出された出銑流２０の実効直径Ｄeffと、予め設定されている溶融スラグの密度ρs［ｔｏｎ／ｍ3］とを用いて、（１）式の計算を行って、溶融スラグの流量Ｑsを導出する。
次に、ステップＳ１８０６において、溶融スラグ流量出力部２０８は、ステップＳ１８０５で導出された溶融スラグの流量Ｑsを出力する。
【０１１３】
次に、ステップＳ１８０６において、画像処理装置７０は、溶融スラグの流量Ｑsの測定を終了するか否かを判定する。この判定は、例えば、オペレータによる画像処理装置７０の操作の内容に基づいて行われる。この判定の結果、溶融スラグの流量Ｑsの測定を終了しない場合には、ステップＳ１８０１に戻る。そして、熱画像入力部２０１は、出銑流２０の熱画像のデータの前回の入力時刻から、１０［ｓｅｃ］が経過すると、次の出銑流２０の熱画像のデータを入力し、入力した熱画像のデータを使って、ステップＳ１８０２〜Ｓ１８０６の処理が行われる。
そして、ステップＳ１８０７において、溶融スラグの流量Ｑsの測定を終了すると判定されると、図１８のフローチャートによる処理を終了する。
【０１１４】
次に、図１９のフローチャートを参照しながら、図１８のステップＳ１８０２の出銑流速度導出処理の詳細を説明する。
まず、ステップＳ１９０１において、画像選択部４０１は、図１８のステップＳ１８０１で得られた１０枚単位の熱画像のうち、時間的に連続する２枚の熱画像の組を全て選択する。
【０１１５】
次に、ステップＳ１９０２において、テンプレート切り出し部４０２は、ステップＳ１９０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像のうち、先に得られた熱画像からパターンマッチングのテンプレートを切り出す。
次に、ステップＳ１９０３において、探索部４０３は、ステップＳ１９０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像のうち、先に得られた熱画像から切り出したパターンマッチングのテンプレートに対応する領域が、後に得られた熱画像のどこに存在するのかをパターンマッチング処理で検出する。探索部４０３は、このようなテンプレートの探索を、ステップＳ１９０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像の組の全てについて行う。
【０１１６】
次に、ステップＳ１９０４において、移動距離算出部４０４は、ステップＳ１９０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像について、ステップＳ１９０２、Ｓ１８０３で得られたテンプレートが移動した距離から、出銑流２０の移動距離ｄを算出する。具体的には、（２）式の計算を行う。移動距離算出部４０４は、このような出銑流２０の移動距離ｄの算出を、ステップＳ１９０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像の組の全てについて行う。
【０１１７】
次に、ステップＳ１９０５において、出銑流速度算出部４０５は、ステップＳ１９０４で算出された出銑流２０の移動距離ｄと撮像間隔Δｔ［ｓｅｃ］とに基づいて、（３）式の計算を行って、出銑流２０の速度Ｄ´を算出する。出銑流速度算出部４０５は、このような出銑流２０の速度Ｄ´の算出を、ステップＳ１９０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像の組の全てについて行う。そして、出銑流速度算出部４０５は、ステップＳ１９０１で選択された時間的に連続する２枚の熱画像の組の全てについての出銑流２０の速度Ｄ´の算術平均値を出銑流２０の速度Ｄとして導出する。
そして、図１９のフローチャートによる処理を終了する。
【０１１８】
次に、図２０のフローチャートを参照しながら、図１８のステップＳ１８０３の溶融スラグ比率導出処理の詳細を説明する。
まず、ステップＳ２００１において、濃度ヒストグラム算出部５０１は、ステップＳ１８０１で入力された１０枚単位の熱画像のうち、時間的に最初に得られた熱画像のデータから、濃度ヒストグラムを算出する（図６を参照）。
次に、ステップＳ２００２において、溶銑ピーク濃度導出部５０２は、ステップＳ２００１で算出した濃度ヒストグラムにおける溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMを、前述したピーク検出処理を行って演算する。
【０１１９】
次に、ステップＳ２００３において、スラグピーク濃度導出部５０３は、ステップＳ２００２で演算した、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMに１．４５を乗じて、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSを求める（（４）式を参照）。
次に、ステップＳ２００４において、分別部５０４は、ステップＳ２００２で演算した、溶銑に起因するピークでの濃度値ＰMと、ステップＳ２００３で求めた、溶融スラグに起因するピークでの濃度値ＰSとを用いて、濃度ヒストグラム６００（溶銑に起因する濃度分布６１０と、溶融スラグに起因する濃度分布６２０）に合うガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSのパラメータを定める最適化計算を行う。即ち、濃度ヒストグラム６００にガウス関数ＧM1、ＧM2、ＧSをフィッティングする処理を行う。
【０１２０】
次に、ステップＳ２００５において、スラグ比率算出部５０５は、ステップＳ２００４で得られたガウス関数ＧM（＝ＧM1＋ＧM2）の面積ＳMを算出する（（５）式を参照）。
次に、ステップＳ２００６において、スラグ比率算出部５０５は、ステップＳ２００４で得られたガウス関数ＧSの面積ＳSを算出する（（６）式を参照）。
次に、ステップＳ２００７において、スラグ比率算出部５０５は、ステップＳ２００５、Ｓ２００６で算出されたガウス関数ＧM、ＧSの面積ＳM、ＳSを用いて（７）式の計算を行って、溶融スラグ比率Ｒを算出する。
そして、図２０のフローチャートによる処理を終了する。
【０１２１】
次に、図２１のフローチャートを参照しながら、図１８のステップＳ１８０４の出銑流実効直径導出処理の詳細を説明する。
まず、ステップＳ２１０１において、２値化画像生成部１００１は、ステップＳ１８０１で入力された１０枚の熱画像のデータの夫々に対して、２値化処理を行い、２値化画像を生成する（図１１に示す２値化画像１〜６を参照）。
次に、ステップＳ２１０２において、差分２値化画像生成部１００２は、ステップＳ２１０１で生成された２値化画像であって、時間的に連続する２枚の２値化画像から、差分２値化画像を生成する（図１１に示す差分２値化画像１〜５を参照）。
【０１２２】
次に、ステップＳ２１０３において、合成差分２値化画像生成部１００３は、ステップＳ２１０２で生成された差分２値化画像から、合成差分２値化画像を生成する（図１１〜１３に示す合成差分２値化画像を参照）。
次に、ステップＳ２１０４において、出銑流内径算出部１００４は、ステップＳ２１０３で生成された合成差分２値化画像から、合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´を導出する。図１３を参照しながら前述したように、本実施形態では、合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´の導出に際して、始点１３０１の設定と、始点表面波間上方向距離Ｌup1、始点表面波間下方向距離Ｌdown1、及び表面波間縦方向距離Ｌ１の導出と、合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´の導出とが行われる（（８）式、（９）式を参照）。
【０１２３】
次に、ステップＳ２１０５において、出銑流外径算出部１００５は、ステップＳ２１０３で生成された合成差分２値化画像から、合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´を導出する。図１４を参照しながら前述したように、本実施形態では、合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´の導出に際して、始点１３０１の設定と、始点表面波上端間上方向距離Ｌup2、始点表面波下端間下方向距離Ｌdown2、及び表面波上下端間縦方向距離Ｌ２の導出と、合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´の導出とが行われる（（１０）式、（１１）式を参照）。
【０１２４】
次に、ステップＳ２１０６において、出銑流実効直径算出部１００６は、予め表面波寄与率記憶部２０６に記憶されている表面波寄与率ｋを読み出す。
次に、ステップＳ２１０７において、出銑流実効直径算出部１００６は、ステップＳ２１０４で算出された合成差分２値化画像における出銑流２０の内径Ｄin´と、ステップＳ２１０５で算出された合成差分２値化画像における出銑流２０の外径Ｄout´と、ステップＳ２１０６で読み出した表面波寄与率ｋとを用いて、（１２）式の計算を行って、合成差分２値化画像における出銑流２０の実効直径Ｄeff´を算出する。次に、出銑流実効直径算出部１００６は、合成差分２値化画像における出銑流２０の実効直径Ｄeff´を実空間における長さに換算することで、実空間における出銑流２０の実効直径Ｄeffを導出する。
そして、図２１のフローチャートによる処理を終了する。
【０１２５】
次に、図２２のフローチャートを参照しながら、表面波寄与率ｋを決定する際の画像処理装置７０の処理の一例を説明する。図２２のフローチャートによる処理は、図１８のフローチャートが実行される前に完了する。
まず、ステップＳ２２０１において、熱画像入力部２０１は、５［ｍｓｅｃ］の撮像間隔で撮像された１０枚の出銑流２０の熱画像のデータを、１０［ｓｅｃ］の周期で繰り返し入力する。
次に、ステップＳ２２０２において、溶銑流量算出部１５０１は、ステップＳ２２０１で入力した１０枚の熱画像のデータを用いて、出銑流２０の速度Ｖを算出する。ステップＳ２２０２の処理の詳細は、図１９のフローチャートにより実現される。
【０１２６】
次に、ステップＳ２２０３において、溶銑流量算出部１５０１は、ステップＳ２２０１で入力した１０枚の熱画像のデータのうち最初に得られた熱画像データを用いて、溶融スラグ比率Ｒを算出する。ステップＳ２２０３の処理の詳細は、図２０のフローチャートにより実現される。
次に、ステップＳ２２０４において、溶銑流量算出部１５０１は、予め設定されている表面波寄与率ｋの複数の候補のうち、未選択の候補を１つ選択する。
次に、ステップＳ２２０５において、溶銑流量算出部１５０１は、ステップＳ２２０１で入力した１０枚の熱画像データと、ステップＳ２２０４で選択した表面波寄与率ｋの候補とを用いて、出銑流２０の実効直径Ｄeffを算出する。ステップＳ２２０５の処理の詳細は、図２１のフローチャートにより実現される。
【０１２７】
次に、ステップＳ２２０６において、溶銑流量算出部１５０１は、ステップＳ２２０２で算出した出銑流２０の速度Ｖと、ステップＳ２２０３で算出した溶融スラグ比率Ｒと、ステップＳ２２０５で算出した出銑流２０の実効直径Ｄeffと、予め設定されている溶銑の密度ρiとを用いて、（１４）式の計算を行って、溶銑の流量Ｑiを算出する。
次に、ステップＳ２２０７において、溶銑流量算出部１５０１は、表面波寄与率ｋの複数の候補の全てを選択したか否かを判定する。この判定の結果、表面波寄与率ｋの複数の候補の全てを選択していない場合には、ステップＳ２２０４の処理に戻り、未選択の表面波寄与率ｋの候補を１つ選択し、当該表面波寄与率ｋの候補の場合の溶銑の流量Ｑｉを算出する。
そして、表面波寄与率ｋの複数の候補の全てを選択すると、ステップＳ２２０８に進む。
【０１２８】
ステップＳ２２０８に進むと、溶銑流量算出部１５０１は、予め設定されている複数のタップのうちの１つのタップに対するステップＳ２２０１〜Ｓ２１０７の処理が終了したか否かを判定する。この判定の結果、１つのタップに対する処理が終了していない場合には、ステップＳ２２０１に戻る。そして、表面波寄与率ｋの全ての候補の溶銑の流量Ｑiのデータが、１０［ｓｅｃ］間隔で、１つのタップにおける全期間において得られるまで、ステップＳ２２０１〜Ｓ２１０８の処理を繰り返し行う。
そして、１つのタップに対する処理が終了すると、ステップＳ２２０９に進む。
【０１２９】
ステップＳ２２０９に進むと、溶銑質量算出部１５０２は、同一の表面波寄与率ｋの値を使ってステップＳ２２０６で算出された溶銑の流量Ｑiの値を積算した値を、溶銑の質量の計算値として算出する。
次に、ステップＳ２２１０において、溶銑質量取得部１５０３は、予め設定されている複数のタップに対するステップＳ２２０１〜Ｓ２１０９の処理が終了したか否かを判定する。この判定の結果、複数のタップに対する処理が終了していない場合には、ステップＳ２２０１に戻る。そして、表面波寄与率ｋの全ての候補の溶銑の質量の計算値が、全てのタップについて得られるまで、ステップＳ２２０１〜Ｓ２１１０の処理を繰り返す。
【０１３０】
そして、複数のタップに対する処理が終了すると、ステップＳ２２１１に進む。
ステップＳ２２１１に進むと、溶銑質量取得部１５０３は、予め設定されている複数のタップごとに、溶銑の質量の実測値を算出する。溶銑の質量の実測値は、各タップにおける秤量器の測定の結果から得られる溶銑の質量の値を取得して積算することにより得られる。
【０１３１】
次に、ステップＳ２２１２において、表面波寄与率決定部１５０４は、予め設定されている表面波寄与率ｋの複数の候補のうち、未選択の候補を１つ選択する。
次に、ステップＳ２２１３において、表面波寄与率決定部１５０４は、ステップＳ２２０９で算出された溶銑の質量の計算値のうち、ステップＳ２２１２で選択した表面波寄与率ｋの候補における値と、ステップＳ２２１０で算出した溶銑の質量の実測値とを用いて、当該表面波寄与率ｋの候補における、溶銑の質量の計算値と実測値の残差平方和を算出する。
【０１３２】
次に、ステップＳ２２１４において、表面波寄与率決定部１５０４は、表面波寄与率ｋの複数の候補の全てを選択したか否かを判定する。この判定の結果、表面波寄与率ｋの複数の候補の全てを選択していない場合には、ステップＳ２２１２の処理に戻り、未選択の表面波寄与率ｋの候補を１つ選択し、当該表面波寄与率ｋの候補における、溶銑の質量の計算値と実測値の残差平方和を算出する。
そして、表面波寄与率ｋの複数の候補の全てを選択すると、ステップＳ２２１５に進む。
ステップＳ２２１５に進むと、表面波寄与率決定部１５０４は、残差平方和と表面波寄与率ｋとの関係を表す関数を算出する。
次に、ステップＳ２２１６において、表面波寄与率決定部１５０４は、残差平方和と表面波寄与率ｋとの関係を表す関数から、残差平方和が最小になるときの表面波寄与率ｋを導出する。
次に、ステップＳ２２１７において、表面波寄与率決定部１５０４は、ステップＳ２２１６で導出した表面波寄与率ｋを表面波寄与率記憶部２０６に記憶する。
そして、図２２のフローチャートによる処理を終了する。
【０１３３】
＜実施例＞
次に、本発明の実施例を説明する。
ここでは、出銑口１０ａから噴出する出銑流２０（約１５５０［℃］の溶銑と溶融スラグの混合液体）を、中心透過波長が６５０［ｎｍ］の光学バンドパスフィルタを波長選択フィルタとして備えたモノクロＣＣＤカメラで撮像した。また、モノクロＣＣＤカメラの露光時間を１／１００００［ｓｅｃ］とした。このようなモノクロＣＣＤカメラにより、出銑流２０の熱画像を５［ｍｓｅｃ］の撮像間隔で１０枚撮像することを、３０［ｓｅｃ］を１周期として周期的に繰り返し、約２［hour］続くタップ中に出銑口１０ａから噴出する出銑流２０の熱画像を撮像した。
【０１３４】
画像処理装置として、画像入力ボードを備えたパーソナルコンピュータを用いた。画像処理装置内で扱われるデジタル画像を８［ｂｉｔ］（２５６階調）のグレースケールのデジタル画像とした。また、画像の１画素の長さが実空間における０．４［ｍｍ］に相当することを予め実験的に求めた。また、表面波寄与率ｋとして０．３を採用した。
図２３に、以上のようにして得られた熱画像のデータから、前述した処理によって得られた、出銑流２０の速度Ｖ（図２３（ａ））、溶融スラグ比率Ｒ（図２３（ｂ））、出銑流２０の実効直径Ｄeff（図２３（ｃ））、溶銑の流量Ｑi（図２３（ｄ））、溶融スラグの流量Ｑs（図２３（ｅ））を示す。
尚、溶銑の流量Ｑｉは、図２３（ａ）〜図２３（ｃ）に示す結果を（１４）式に代入することにより得られる。このように、溶融スラグの流量Ｑsと共に溶銑の流量Ｑiを画像処理装置７０においてリアルタイムで算出するようにしてもよい。また、図２３（ａ）〜（ｅ）では、１０［ｓｅｃ］毎に離散的に得られる値に対して補間処理を行った結果を示す。
【０１３５】
図２３（ｄ）に示す溶銑の流量Ｑiを積算してこのタップにおける溶銑の質量の計算値を求めると６１４［ｔｏｎ］になる。この値は、トーピードカーで受けた溶銑の質量を測定することにより得られた実測値（＝５９０［ｔｏｎ］）と略一致した。
また、図２３（ｂ）に示す結果を含む複数のタップ（１日）における溶融スラグ比率Ｒの測定結果の平均値が、原料装入量のマスバランスから計算される溶銑と溶融スラグの質量比である１対０．３と略一致した。したがって、本実施形態における溶融スラグ比率Ｒの測定（計算）は、正しく行われていると判断できる。
【０１３６】
＜まとめ＞
以上のように本実施形態では、ＣＣＤカメラ６０で撮像された熱画像のデータから、出銑流２０の速度Ｖ、溶融スラグ比率Ｒ、実空間における出銑流２０の実効直径Ｄeffを導出し、これらと、溶融スラグの密度ρsから、出銑流２０の形状を円筒形状と近似して、溶融スラグの流量Ｑiを算出する。
したがって、出銑口１０ａから乱流の表面波を伴って流出する溶融スラグの可及的に正確な流量をリアルタイムで（当該タップ中に）連続的に知ることができる。また、画像計測を行うため、遠隔測定が可能であり、測定装置が比較的安価になる。このように従来では正確な測定手段が無かった溶融スラグの流量を時々刻々とモニタリングできれば、タップを終了するタイミングを、より適切に判断できるようになり、高炉の操業をより安定させることができる。また、溶融スラグの流量の変化から炉内の異常や非定常性を迅速に検知することが可能になる。
【０１３７】
また、本実施形態では、時間的に連続する２枚の２値化画像の絶対値差分をとることにより得られた複数の差分２値化画像の論理和をとって合成差分２値化画像を生成し、合成差分２値化画像から出銑流２０の内径Ｄinと外径Ｄoutを求め、これら出銑流２０の内径Ｄinと外径Ｄoutと０〜１の値を有する表面波寄与率ｋとを用いて、実空間における出銑流２０の実効直径Ｄeffを導出するようにした。このように、一定の撮像間隔で撮像した２枚の出銑流２０の熱画像から、表面波の変化を抽出することを、複数のタイミングで行うので、一定の撮像間隔で撮像した２枚の出銑流２０の熱画像だけからでは表面波の変化を抽出できない場合でも（たまたま表面波の変化が顕著でないタイミングで２枚の出銑流２０の熱画像が撮像された場合でも）、表面波の変化を確実に抽出することができる。
【０１３８】
また、本実施形態では、２値化画像を生成する際に、出銑流２０の熱画像の最高濃度の０．２７倍以上、出銑流２０の熱画像の最高濃度の０．３８倍以下の範囲の中から設定された閾値を採用した。したがって、熱画像において、出銑流２０の背景となっている領域と、出銑流２０の領域とをより確実に分離することができる。
【０１３９】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記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及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【０１４０】
＜請求項との関係＞
（請求項１、８、９）
撮像工程（手段）は、例えば、ＣＣＤカメラ６０により熱画像が撮像されることにより実現される。
出銑流速導出工程（手段）は、例えば、ステップＳ１９０１〜Ｓ１９０５（出銑流速度導出部２０２）により実現される（出銑流速度導出部２０２の変形例も参照）。
混合比率導出工程（手段）は、例えば、ステップＳ２００１〜Ｓ２００７（溶融スラグ比率導出部２０３）により実現される（溶融スラグ比率導出部２０３の変形例も参照）。
出銑流実効直径導出工程（手段）は、例えば、ステップＳ２１０１〜Ｓ２１０７（出銑流径導出部２０４）により実現される。
スラグ流量導出工程（手段）は、例えば、ステップＳ１８０５（溶融スラグ流量導出部２０７）により実現される。
（請求項２）
２値化画像生成工程は、例えば、ステップＳ２１０１（２値化画像生成部１００１）により実現される。
差分２値化画像生成工程は、例えば、ステップＳ２１０２（差分２値化画像生成部１００２）により実現される。
合成差分２値化画像生成工程は、例えば、ステップＳ２１０３（合成差分２値化画像生成部１００３）により実現される。
出銑流内径導出工程は、例えば、ステップＳ２１０４（出銑流内径算出部１００４）により実現される。
出銑流外径導出工程は、例えば、ステップＳ２１０５（出銑流外径算出部１００５）により実現される。
出銑流実直径算出工程は、例えば、ステップＳ２１０７（出銑流実効直径算出部１００６）により実現される（出銑流径導出部２０４の変形例、表面波寄与率導出部２０５の変形例も参照）。
（請求項３）
表面波寄与率導出工程は、例えば、ステップＳ２２０１〜Ｓ２２１６により実現される。
表面波寄与率記憶工程は、例えば、ステップＳ２２１７により実現される。
第１の工程は、例えば、ステップＳ２２０２により実現される。
第２の工程は、例えば、ステップＳ２２０３により実現される。
第３〜第９の工程は、例えば、ステップＳ２２０４、Ｓ２２０５、Ｓ２２０７により実現される。
第１０の工程は、例えば、ステップＳ２２０４、Ｓ２２０６、Ｓ２２０７により実現される。
第１１の工程は、例えば、ステップＳ２２０９により実現される。
第１２の工程は、例えば、ステップＳ２２１１により実現される。
第１３の工程は、例えば、ステップＳ２２１２〜Ｓ２１１６により実現される。
（請求項５）
移動距離導出工程は、例えば、ステップＳ１９０１〜Ｓ１９０４により実現される。
出銑流速度導出工程は、例えば、ステップＳ１９０５により実現される。
（請求項６）
濃度分布分別工程は、例えば、ステップＳ２００１〜Ｓ２００６により実現される。
溶銑スラグ混合比率導出工程は、例えば、ステップＳ２００７により実現される。
【符号の説明】
【０１４１】
１０    高炉
１０ａ    出銑口
２０    出銑流
３０    出銑樋
４０    滞留スラグ
５０    樋カバー
６０    ＣＣＤカメラ
７０    画像処理装置
２０１    熱画像入力部
２０２    出銑流速度導出部
２０３    溶融スラグ比率導出部
２０４    出銑流径導出部
２０５    表面波寄与率導出部
２０６    表面波寄与率記憶部
２０７    溶融スラグ流量導出部
２０８    溶融スラグ流量出力部
【図１】
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【図２】
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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１０】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図３】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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