(57)【要約】      （修正有）【課題】煙の観測画像に基づき、距離によらず、一定の規模の火災を確実に検知可能とする。【解決手段】監視カメラ１０により撮影した煙の観測画像から煙画像判定部２４により煙プルームが存在する煙画像を判定し、見込み角検出部２６で煙プルームの見込み角を検出する。輝度率検出部２８は距離の変化に対し一定となる煙プルームの輝度率を検出し、プルーム太さ推定部３０は推定した煙プルームの太さから所定の実験式による関係から煙プルームの太さを推定する。距離算出部３２は煙プルームの推定した太さと検出した見込み角により監視カメラ１０から煙プルームまでの火点距離を算出する。火災判定部３４は、推定した煙プルームの太さが閾値以上の場合に火災と判定し、火災を判定した場合、火点距離及び又は煙プルームの太さ示す情報と共に火災検知信号を出力する。【選択図】図７
2015138477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明されている監視領域を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像した画像から煙の散乱光による煙プルームが存在する煙画像を判定する煙画像判定手段と、
前記煙画像判定手段により判定された煙画像から煙プルームの見込み角を検出する見込み角検出手段と、
煙画像判定手段により判定された煙画像から煙プルームの単位画素当りの輝度率を検出する輝度率検出手段と、
前記輝度率検出手段で検出した輝度率から煙プルームの太さを推定するプルーム太さ推定手段と、
前記見込み角検出手段で検出した煙プルームの見込み角と前記プルーム太さ推定手段で推定した煙プルームの太さに基づき、前記撮像手段から前記煙プルームまでの火点距離を算出する距離算出手段と、
前記プルーム太さ推定手段で推定した煙プルームの太さが所定の閾値以上の場合に火災と判定すると共にそれ以外の場合に非火災と判定し、火災を判定した場合に前記距離算出手段で算出した火点距離及び又は前記プルーム太さ推定手段で推定した煙プルーム太さを示す情報と共に火災検知信号を出力する火災判定手段と、
を設けたことを特徴とする火災検知システム。
【請求項２】
請求項１記載の火災検知システムに於いて、前記プルーム太さ推定手段は、煙プルームの輝度率と太さの関係を所定の実験式に基づいて設定し、前記関係に基づいて前記輝度率検出手段で検出した輝度率から煙プルームの太さを推定する
ことを特徴とする火災検知システム。
【請求項３】
請求項１記載の火災検知システムに於いて、前記距離算出手段は、推定した煙プルームの太さをｄ、煙プルームの見込み角をθとした場合、前記火点距離Ｌを、
Ｌ＝ｄ／[２・ｔａｎ（θ／２）]
により算出して推定することを特徴とする火災検知システム。
【請求項４】
請求項１記載の火災検知システムに於いて、前記火炎画像判定手段は、前記撮像手段により撮像した画像から所定輝度以上の画素の集合となる煙プルーム候補領域を検出し、前記煙プルーム候補領域の水平方向の画素数が所定の閾値以上の場合に煙画像と判定することを特徴とする火災検知システム。
【請求項５】
請求項１記載の火災検知システムに於いて、前記火災判断手段は、煙プルームの太さから火災と判断する閾値に所定の余裕を持たせた火災判断領域を設定し、前記プルーム太さ推定手段で推定した煙プルーム太さが前記火災判断領域から外れた場合は火災ではなく非火災と判定することを特徴とする火災検知システム。
【請求項６】
照明されている監視領域を撮影する撮像手段により撮像した画像から煙の散乱光による煙プルームが存在する煙画像を判定する煙画像判定ステップと、
前記煙画像判定ステップにより判定された煙画像から煙プルームの見込み角を検出する見込み角検出ステップと、
前記煙画像判定ステップにより判定された煙画像から煙プルームの単位画素当りの輝度率を測定する輝度率検出ステップと、
前記輝度率推定ステップで検出した輝度率から煙プルームの太さを推定するプルーム太さ推定ステップと、
前記見込み角検出ステップで検出した煙プルームの見込み角と前記プルーム太さ推定ステップで推定した煙プルームの太さに基づき、前記撮像手段から前記煙プルームまでの火点距離を算出する距離算出ステップと、
前記プルーム太さ推定ステップで推定した煙プルームの太さが所定の閾値以上の場合に火災と判定すると共にそれ以外の場合に非火災と判定し、火災を判定した場合に、前記距離算出ステップで算出した火点距離及び又は前記プルーム太さ推定ステップで推定した煙プルーム太さを示す情報と共に火災検知信号を出力する火災判定ステップと、
を設けたことを特徴とする火災検知方法。
【請求項７】
請求項６記載の火災検知方法に於いて、前記プルーム太さ推定ステップは、煙プルームの輝度率と太さの関係を所定の実験式に基づいて設定し、前記関係から前記輝度率検出手段で検出した輝度率から煙プルームの太さを推定することを特徴とする火災検知方法。
【請求項８】
請求項６記載の火災検知方法に於いて、前記距離算出ステップは、推定した煙プルームの太さをｄ、煙プルームの見込み角をθとした場合、前記火点距離Ｌを、
Ｌ＝ｄ／[２・ｔａｎ（θ／２）]
により算出して推定することを特徴とする火災検知方法。
【請求項９】
請求項６記載の火災報知方法に於いて、前記火炎画像判定ステップは、前記撮像手段により撮像した画像から所定輝度以上の画素の集合となる煙プルーム候補領域を検出し、前記煙プルーム候補領域の水平方向の画素数が所定の閾値以上の場合に煙画像と判定することを特徴とする火災検知方法。
【請求項１０】
請求項６記載の火災検知方法に於いて、前記火災判断ステップは、煙プルームの太さから火災と判断する閾値に所定の余裕を持たせた火災判断領域を設定し、前記プルーム太さ推定手段で推定した煙プルーム太さが前記火災判断領域から外れた場合は火災ではなく非火災と判定することを特徴とする火災検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視カメラで撮像した監視領域の画像から火災初期における煙を検知する火災検知システム及び火災検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、監視カメラで撮像した監視領域の画像に対し画像処理を施すことにより、火災を検知するようにした様々な火災検知システムが提案されている。
【０００３】
このような火災検知システムにあっては、火災発生に対する初期消火や避難誘導の観点から火災の早期発見が重要である。
【０００４】
このため従来システム（特許文献１）にあっては、画像から火災に伴う煙により起きる現象として、透過率又はコントラストの低下、輝度値の特定値への収束、輝度分布範囲が狭まって輝度の分散の低下、煙による輝度の平均値の変化、エッジの総和量の低下、低周波帯域の強度増加を導出し、これらを総合的に判断して煙の検出を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０４６９１６号公報
【特許文献２】特開平７−２４５７５７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の火災に伴う煙の画像から火災を検知する火災検知システムにあっては、監視カメラの近くの小さな火災による煙と、遠くの大きな火災による煙が識別できず、このため遠くで発生した火災に対しては、検知感度が落ち、火災を検知するまでの時間遅れが大きくなるという問題がある。逆に監視カメラの近くで発生した非火災現象による煙を、火災による煙と誤認識してしまう。例えば監視カメラの直近で吸われたタバコの煙を、遠くにある大きな火災による煙と誤認識することがあった。
【０００７】
本発明は、煙の観測画像に基づき、距離によらず、一定の規模の火災を確実に検知可能とする火災検知システム及び火災検知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（火災検知システム）
本発明は、火災検知装置に於いて、
照明されている監視領域を撮影する撮像手段と、
撮像手段により撮像した画像から煙の散乱光による煙プルームが存在する煙画像を判定する煙画像判定手段と、
煙画像判定手段により判定された煙画像から煙プルームの見込み角を検出する見込み角検出手段と、
煙画像判定手段により判定された煙画像から煙プルームの単位画素当りの輝度率を検出する輝度率検出手段と、
輝度率検出手段で検出した輝度率から煙プルームの太さを推定するプルーム太さ推定手段と、
見込み角検出手段で検出した煙プルームの見込み角とプルーム太さ推定手段で推定した煙プルームの太さに基づき、撮像手段から煙プルームまでの火点距離を算出する距離算出手段と、
プルーム太さ推定手段で推定した煙プルームの太さが所定の閾値以上の場合に火災と判定すると共にそれ以外の場合に非火災と判定し、火災を判定した場合に距離算出手段で算出した火点距離及び又はプルーム太さ推定手段で推定した煙プルーム太さを示す情報と共に火災検知信号を出力する火災判定手段と、
を設けたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、煙のプルーム（ｐｌｕｍｅ）とは、火災に伴う煙の上昇に伴って形成される筒状の煙範囲であり、火災の規模に応じた上昇速度と太さを有する。
【００１０】
（輝度率によるプルーム太さの推定）
プルーム太さ推定手段は、煙プルームの輝度率と太さの関係を所定の実験式に基づいて設定し、この関係に基づいて輝度率検出手段で検出した輝度率から煙プルームの太さを推定する。
【００１１】
（火点距離の算出）
距離算出手段は、推定した煙プルームの太さをｄ、煙プルームの見込み角をθとした場合、火点距離Ｌを、
Ｌ＝ｄ／[２・ｔａｎ（θ／２）]
により算出して推定する。
【００１２】
（煙画像の判定）
煙画像判定手段は、撮像手段により撮像した画像から所定輝度以上の画素の集合となる煙プルーム候補領域を検出し、煙プルーム候補領域の水平画素数が所定の閾値以上の場合に煙画像と判定する。
【００１３】
（火災判断領域）
火災判断手段は、煙プルームの太さから火災と判断する閾値に所定の余裕を持たせた火災判断領域を設定し、前記プルーム太さ推定手段で推定した煙プルーム太さが前記火災判断領域から外れた場合は火災ではなく非火災と判定する。
【００１４】
（火災検知方法）
本発明は、火災検知方法に於いて、
照明されている監視領域を撮影する撮像手段により撮像した画像から煙の散乱光による煙プルームが存在する煙画像を判定する煙画像判定ステップと、
前記煙画像判定手段により判定された煙画像から煙プルームの見込み角を検出する見込み角検出手段と、
煙画像判定ステップにより判定された煙画像から煙プルームの単位画素当りの輝度率を測定する輝度率検出ステップと、
輝度率推定ステップで検出した輝度率から煙プルームの太さを推定するプルーム太さ推定ステップと、
前記見込み角検出手段で検出した煙プルームの見込み角とプルーム太さ推定ステップで推定した煙プルームの太さに基づき、撮像手段から煙プルームまでの火点距離を算出する距離算出ステップと、
プルーム太さ推定ステップで推定した煙プルームの太さが所定の閾値以上の場合に火災と判定すると共にそれ以外の場合に非火災と判定し、火災を判定した場合に、距離算出ステップで算出した火点距離及び又はプルーム太さ推定ステップで推定した煙プルーム太さを示す情報と共に火災検知信号を出力する火災判定ステップと、
を設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明による火災検知方法の他の特徴は、火災検知システムの場合と基本的に同じになる。
【発明の効果】
【００１６】
（基本的な効果）
本発明の火災検知システムは、照明されている監視領域を撮影する撮像手段と、撮像手段により撮像した画像から煙の散乱光による煙プルームが存在する煙画像を判定する煙画像判定手段と、煙画像判定手段により判定された煙画像から煙プルームの見込み角を検出する見込み角検出手段と、煙画像判定手段により判定された煙画像から煙プルームの単位画素当りの輝度率を検出する輝度率検出手段と、輝度率検出手段で検出した輝度率から煙プルームの太さを推定するプルーム太さ推定手段と、見込み角検出手段で検出した煙プルームの見込み角とプルーム太さ推定手段で推定した煙プルームの太さに基づき、撮像手段から煙プルームまでの火点距離を算出する距離算出手段と、プルーム太さ推定手段で推定した煙プルームの太さが所定の閾値以上の場合に火災と判定すると共にそれ以外の場合に非火災と判定し、火災を判定した場合に距離算出手段で算出した火点距離及び又はプルーム太さ推定手段で推定した煙プルーム太さを示す情報と共に火災検知信号を出力する火災判定手段とを設けるようにしたため、距離によらずに一定となる煙プルームの輝度率から煙プルームの太さが推定でき、所定のモデル火災で決まる煙プルームの太さを火災判定の閾値とし、この閾値以上の場合に火災と判定することで、距離により大きさが変化する煙プルームの観測画像から確実に火災を検知して警報することを可能とする。
【００１７】
また、煙プルームの輝度率から推定した煙プルームの太さに基づき、撮像手段から火炎までの火点距離を求めることができ、煙プルームの太さから火災を判定した場合に、火災検知信号と共に火炎距離及び又は煙プルームの太さを出力することで、例えば火災警報を出力すると共に火炎距離と煙プルームの太さ（大きさ）を表示し、これにより監視領域における火災の発生状況の把握を容易にして適切な対処を可能とする。
【００１８】
（輝度率によるプルーム太さの推定による効果）
また、プルーム太さ推定手段は、煙プルームの輝度率と太さの関係を所定の実験式に基づいて設定し、この関係に基づいて輝度率検出手段で検出した輝度率から煙プルームの太さを推定するようにしたため、煙プルームからの散乱光量で決まる単位画素当りの輝度率は距離が変わっても一定であり、これにより煙プルームからの距離に関わらず、火災の規模を示す煙プルームの太さを簡単且つ確実に検知可能とする。
【００１９】
（火点距離の算出による効果）
距離算出手段は、推定した煙プルームの太さをｄ、煙プルームの見込み角をθとした場合、火点距離Ｌを、
Ｌ＝ｄ／[２・ｔａｎ（θ／２）]
により算出して推定するようにしたため、距離に応じて大きさの変化する煙プルームの観測画像から火点までの距離を推定することができ、煙プルームの太さによる火災の規模に加えて火炎距離がわかることで、監視領域で発生した火災の様子を適確に把握して対処可能とする。
【００２０】
（煙画像の判定による効果）
また、煙画像判定手段は、撮像手段により撮像した画像から所定輝度以上の画素の集合となる煙プルーム候補領域を検出し、煙プルーム候補領域の水平画素数が所定の閾値以上の場合に煙画像と判定するようにしたため、火災による可能性の高い煙画像を対象に、煙プルームの輝度率から太さを推定して火災を判定し、また、煙プルームの太さから火点距離を算出することを可能とし、火炎の可能性の低い煙画像に対する火災を判定するための処理を不要にして処理負担を低減可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の火災検知システムを設置した監視領域を示した説明図
【図２】火災により発生する煙をモデル化して示した説明図
【図３】煙プルームの太さと総輝度及び煙濃度の関係を示したグラフ図
【図４】煙プルームの太さと輝度率及び煙濃度の関係を示したグラフ図
【図５】火点までの距離に対する総輝度及び輝度率の関係を示したグラフ図
【図６】煙プルームの見込み角と火炎距離との関係を監視カメラの水平監視領域について示した説明図
【図７】本発明による火災検知システムの実施形態を示したブロック図
【図８】図７の画像処理装置による火災検知処理を示したフローチャート
【図９】別の火災モデルについての煙プルームの太さと輝度率及び煙濃度の関係を示したグラフ図
【図１０】図４の煙プルームの太さと輝度率の関係について余裕度をもつ火災判断領域を示したグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［火災検知システムの概要］
図１は本発明による火災検知システムを設置した監視領域を示した説明図である。
【００２３】
図１に示すように、監視領域１６には撮像手段として機能する監視カメラ１０を設置し、図示しない照明器具により監視領域１６を全体的に照明した状態とし、この状態で監視カメラ１０により監視領域１６を撮像して観測画像を得ている。
【００２４】
監視カメラ１０で撮像した監視領域１６の観測画像は伝送路を介して管理人室などに設置した画像処理装置１２に伝送されており、監視領域１６で火災が発生して火点１８から煙が噴き上げた場合、画像処理により火点１８から吹き上げる煙２０の観測画像を処理して火災を判断し、火災検知信号を煙プルームの太さ及び又は火点距離を示すデータと共に火災報知設備１４へ送って火災警報を出力するようにしている。
【００２５】
［検出原理］
(煙プルームと輝度率)
図２は、図1示すように、火災により発生する煙をモデル化して示した説明図である。
【００２６】
図２に示すように、火災の初期段階においては、煙の上昇に伴って筒状の煙範囲となる煙プルーム２１が形成され、煙プルーム２１の太さｄ（径)はほぼ一定と考えられる。なお、以下の説明で煙プルームを単にプルームという場合がある。
【００２７】
図１に示した監視領域１６全体が照明されている場合には、発生した煙２０による散乱画像を監視カメラ１０で撮像して煙プルームの発生を検知することができる。この場合、監視カメラ１０による煙２０の観測画像は、照明光が煙２０に当って散乱する散乱光量に相当する画像が得られることとなる。煙２０による散乱光を監視カメラ１０で観測する場合、煙プルームからの距離Ｌの２乗に反比例して散乱光量は減少する。
【００２８】
いま、木材を燃焼物として、しだいに燃え広がっていく火災モデルを考える。このとき、図２に示した煙プルーム２１の太さｄは火災の拡大に伴って次第に太くなっていく。それと同時に煙プルームの煙濃度Ｓも濃くなっていき、それにより観測される散乱光量も大きくなる。なお、煙濃度Ｓは減光率を意味する
図３は火災が起きた場合の煙プルームの太さと煙濃度Ｓ（％／ｍ）の関係を示したグラフ図であり、併せて監視カメラで観測される煙プルームの総輝度ｙ（ｍＷ）を示している。
【００２９】
監視領域１６で火災が発生した場合、火災の規模が拡大すると図３に示すように煙プルームの太さｄが増し、そこで発生する煙濃度Ｓ（％／ｍ）も増し、併せて監視カメラ１０で撮像される煙プルームの総輝度ｙ（μＷ）も増して行く。
【００３０】
この場合、発生する煙の散乱光が監視カメラ１０で観測される１画素当り（単位画素当り）の輝度を示す輝度率ｘ（μＷ／ｐｘｌ）は、観測画像中の煙プルームが占める水平方向の画素数（以下「水平画素数」という）をＤピクセルとすると、
ｘ＝ｙ／Ｄ  （μＷ／ｐｘｌ）
となる。
【００３１】
図４は、の煙プルームの太さｄ（ｍ）と輝度率ｘ（μＷ／ｐｘｌ）の関係を煙濃度Ｓ（％／ｍ）と共に示したグラフ図であり、図２の煙プルームの太さと総輝度値ｙ（ｍＷ）の関係に基づいている。
【００３２】
この図４に示す煙プルームの太さｄと輝度率ｘの関係から、監視カメラ１０による観察画像から煙プルームの輝度率ｘを検出することで、煙プルームの太さｄを推定することができる。
【００３３】
監視カメラ１０で撮像した観測画面の中の煙プルームの輝度率の検出は、観測画像から計算する必要はなく、煙プルームの領域に存在する画素の輝度を検出すれば良い。
【００３４】
（輝度率と距離との関係）
図５は火点までの距離に対する総輝度及び輝度率の関係を示したグラフ図であり、監視カメラ１０の観察画像に存在する煙プルームの輝度率ｘは、火点までの距離Ｌによらず常に一定の値となる。この理由を説明すると次のようになる。
【００３５】
いま、太さｄ＝１ｍの煙プルームが、監視カメラ１０から距離Ｌ1＝３０ｍにあった場合と、距離Ｌ2＝３ｍにあった場合を考える。ここで距離Ｌ1＝３０ｍに存在するプルームを第１プルームとし、距離Ｌ2＝３ｍに存在する煙プルームを第２プルームとする。
【００３６】
煙プルームは監視カメラ１０に近いほど、観測される煙プルームの総輝度（プルーム全体から監視カメラ１０に到達する光量）は大きくなる。監視カメラ１０で観察する煙プルームから測定される総輝度を考えれば、距離の異なる第１プルームと第２プルームの間には、それぞれの総輝度をｙ1，ｙ2とすると、
ｙ1・Ｌ12 ＝ｙ2・Ｌ22
の関係がある。即ち、煙プルームの総輝度ｙ1，ｙ2は、火点までの距離Ｌ1，Ｌ2の２乗に反比例する。
【００３７】
例えば第１プルームの距離Ｌ1＝３０（ｍ）、総輝度ｙ1をｙ1＝１０（ｍＷ）とすると、距離Ｌ2＝３（ｍ）となる第２プルームの総輝度ｙ2は
ｙ2＝ｙ1・Ｌ12／Ｌ22＝１０００（ｍＷ）
となる。
【００３８】
更に、監視カメラ１０の単位画素当りの輝度率ｘ（μＷ／ｐｘｌ）を求める。ここで、観測画像中の煙プルームが占める水平画素数をＤピクセルとすると、輝度率ｘは、
ｘ＝ｙ／Ｄ2
となり、
Ｄ1・Ｌ1＝Ｄ2・Ｌ2
であるから
ｘ1＝ｙ１／Ｄ12
＝ｙ1／（Ｄ2・Ｌ2／Ｌ1）2
＝（ｙ2・Ｌ22／Ｌ12）／（Ｄ2・Ｌ2／Ｌ1）2
＝ｙ2／Ｄ22
＝ｘ2
となる。
【００３９】
即ち、輝度率ｘは距離Ｌによらず一定となり、煙プルームの大きさｄにのみ依存する。これは、放射温度計において測定される温度が、距離に無関係であることと同じ原理である。
【００４０】
（煙プルームの太さと距離の関係）
監視カメラ１０の観測画像に存在する煙プルームの輝度率ｘから太さｄを推定することができると、監視カメラ１０から煙プルームを発生している火点までの距離Ｌを算出することができる。
【００４１】
図６は煙プルームの見込み角と火点距離との関係を監視カメラの水平監視領域について示した説明図である。
【００４２】
火点距離Ｌを算出するためには、まず、観測された煙画像に存在する煙プルーム２１の見込み角θを求める。ここで、見込み角とは監視カメラ１０から特定の対象物を撮像した場合の画角を意味する。
【００４３】
監視カメラ１０により撮像された煙画像の中の煙プルーム２１の太さｄは、煙プルーム２１の見込み角θを表すものであり、見込み角θが同じであっても、監視カメラ１０からの距離により煙画像の中の煙プルーム２０の太さは変化してしまう。
【００４４】
いま、監視カメラ１０の画面サイズを（水平）×（垂直）＝（１４００画素）×（１０００画素）とし、監視カメラ１０の撮影領域１５の片側角度を４５°とすると、１画素当りの見込み角αは
α＝４５°／７００＝０．０６４（°／画素）
となる。なお、以下の説明では、画素をピクセルという場合があり、また、画素数の単位として（ｐｘｌ）を表記する場合がある。
【００４５】
ここで、監視カメラ１０により撮像された煙プルームの太さｄに対応した所定閾値輝度以上となる煙プルーム候補領域の水平方向の画素数をＤピクセルとすると、煙プルームの見込み角θは、
θ=αＤ(°)                               （式１）
となる。
【００４６】
このように煙プルームの見込み角θが求まると、煙プルームの輝度率ｘから求めた煙プルームの太さｄに基づき、監視カメラ１０から煙プルーム２１までの火点距離Ｌは、
Ｌ=ｄ／｛２・ｔａｎ（θ／２）｝            （式２）
となる。
【００４７】
（火災の判定）
監視カメラ１０の観測画像に占める煙プルームによる火災判定は、煙プルームの輝度率ｘから推定した煙プルームの太さｄが、所定のモデル火災による煙プルームの閾値太さｄｔｈ以上となった場合に火災と判定する。
【００４８】
本実施形態では、輝度率ｘ＝１．８４（μＷ／ｐｘｌ）となる煙濃度Ｓ＝３０（％／ｍ）の煙プルームを発生するモデル火災を火災と判定するため、このモデル火災の煙プルームの輝度率ｘ＝１．８４（μＷ／ｐｘｌ）に対応する太さｄは１．０（ｍ）であることから、閾値太さｄｔｈ＝１．０（ｍ）を設定し、閾値太さｄｔｈから許容値以内となる場合に火災と判定し、それ以外の場合は非火災と判定する。
【００４９】
この場合の非火災とは、煙プルーム状のものであるが、火災によるプルームではない現象を指し、例えば調理等による湯気や煙がごく細い形状で立ち上がった場合等を指す。あるいは、劇場用のスモークのように、広い範囲に一様な煙状のものが発生した場合等を指す。閾値太さｄｔｈと、観測されたプルームの太さを比較することで、それが火災からの煙によるものか、そうでない非火災かが識別できる。
【００５０】
［火災検知システム］
（火災検知システムの機能構成）
図７は本発明による火災検知システムの機能構成の概略を示したブロック図である。図７に示すように、火災検知システムは、監視カメラ１０と画像処理装置１２で構成し、画像処理装置１２は、そのハードウェアとしてＣＰＵ、メモリ、各種の入出力ポート等を備えたコンピュータ回路等で構成する。
【００５１】
画像処理装置１２は、ＣＰＵによるプログラムの実行により実現される機能として、煙画像判定手段として機能する煙画像判定部２４、見込み角検出手段として機能する見込み角検出部２６、輝度率検出手段として機能する輝度率検出部２８、プルーム太さ推定手段として機能するプルーム太さ推定部３０、距離算出手段として機能する距離算出部３２及び火災判定手段として機能する火災判定部３４を設けている。また、伝送部２２は監視カメラ１０で撮像した画像データを受信する適宜の伝送インタフェースが使用される。
【００５２】
撮像手段として機能する監視カメラ１０は、伝送部２２の伝送制御により動画像データとして、例えば毎秒３０フレームとなる監視領域の画像データを伝送し、画像処理装置１２に設けた図示しないメモリに記憶する。本実施形態にあっては、例えば水平画素数が１４００ピクセルで垂直画素数が１０００ピクセルの解像度をもつ監視カメラ１０を使用する。
【００５３】
煙画像判定部２４は、監視カメラ１０により撮像した画像から煙プルームが存在する煙画像を判定する。煙画像判定部２４による煙画像の判定は、例えば、煙プルームと判定可能な所定の閾値輝度以上となる画素の集合で形成される煙プルーム候補領域を検出し、検出した煙プルーム候補領域の水平画素数Ｄが所定の閾値Ｄｔｈ以上の場合に火災による煙プルームが存在する可能性の高い煙画像と判定し、判定した煙画像における煙プルーム候補領域の水平画素数Ｄを見込み角検出部２６に出力すると共に、輝度率検出部２８に判定した煙画像を送って輝度率ｘの検出動作を指示する。
【００５４】
また、煙画像判定部２４の他の実施形態としては、監視領域に煙プルームが存在しない背景画像を保持し、監視カメラ１０により撮像した画像と背景画像との差分画像を生成して煙プルーム領域を抽出し、煙プルーム領域の水平画素数Ｄが所定閾値Ｄｔｈ以上の場合に煙画像と判定するようにしても良い。
【００５５】
煙画像判定部２４で煙画像と判定する水平画素数の閾値Ｄｔｈは、例えば最大距離Ｌ＝３０（ｍ）で太さｄ＝１．０（ｍ）の煙プルームを発生する火災モデルを想定し、この場合に観測画像における煙プルームの水平画素数ＤはＤ＝１２ピクセルとなることから、閾値ＤｔｈをＤｔｈ＝１２ピクセルに設定する。
【００５６】
見込み角検出部２６は、煙画像判定部２４で判定した煙画像における煙プルーム候補領域の水平画素数Ｄから、前記式１により煙プルームの見込み角θを算出し、距離算出部３２に出力する。
【００５７】
一方、輝度率検出部２８は、煙画像判定部２４で判定した煙画像における煙プルーム候補領域の画素の輝度を輝度率ｘとして検出する。この場合の輝度率ｘは、煙プルームに入る複数画素の平均値として検出しても良い。
【００５８】
プルーム太さ推定部３０は、輝度率検出部２８で検出した輝度率から、図４に示した輝度率ｘとプルーム太さｄの関係に基づき、煙プルームの太さｄを推定する。
例えばプルーム太さ推定部３０は、図４に示した輝度率ｘとプルーム太さｄのグラフ特性近似をする複数の一次式、或いは二次式を設定しており、この関係式に検出した輝度率ｘを代入することで、煙プルームの太さｄを算出して推定する。
【００５９】
またプルーム太さ推定部３０は、図４に示した輝度率ｘとプルーム太さｄのグラフ特性に基づく二元テーブルを準備しておき、検出した輝度率ｘによるテーブル参照で対応する煙プルームの太さｄを読み出すようにしても良い。
【００６０】
距離算出部３２は、見込み角検出部２６で検出した煙プルームの見込み角θとプルーム太さ推定部３０で推定した煙プルームの太さｄから、前記式２に基づき、監視カメラ１０から煙プルームまでの火点距離Ｌを算出する。
【００６１】
火災判定部３４は、プルーム太さ推定部３０で推定した煙プルームの太さｄが所定の閾値ｄｔｈ以上の場合に火災と判定し、それ以外の場合は非火災と判定し、火災と判定した場合には、プルーム太さ推定部３０で推定した煙プルームの太さｄ及び又は距離算出部３２で算出した火点距離Ｌのデータと共に火災検知信号を外部の火災報知設備１４に出力し、火災警報を出力させると共に例えば煙プルームの太さｄ及び又は火点距離Ｌを表示させる。
【００６２】
このような火災報知設備１４において監視領域における煙プルームの太さ（大きさ）と距離を把握することで、例えば初期火災の段階にあるか、ある程度時間が過ぎて火災が拡大しているかといった火災の状況を適確に把握して初期消火や到着した消防隊に対する状況説明を可能とする。
【００６３】
［火点検出の具体例］
いま、煙画像判定部２４で判定した煙プルーム候補領域の水平画素数ＤがＤ＝４６ピクセルであったとすると、見込み角算出部２６で算出する見込み角θは前記式１から
θ＝０．０６４×４６＝２．９４°
となる。
【００６４】
このとき輝度率検出部２８で煙画像から検出した煙プルームの輝度率ｘがｘ＝１８．４（μＷ／ｐｘｌ）であったとすると、図４の輝度率とプルーム太さの関係から煙プルームの太さｄは、ｄ＝１．０（ｍ）と推定する。
【００６５】
また距離算出部３２は、ｔａｎ（θ／２）＝２３／７００であることから、前記式２により、監視カメラ１０から火点までの火点距離Ｌを、
Ｌ＝１５．２（ｍ）
と算出する。
【００６６】
火災判定部３４は、プルーム太さ推定部３０で推定した煙プルームの太さｄから火災と判定する所定の閾値ｄｔｈを、例えばｄｔｈ＝１．０（ｍ）とすると、このとき推定した煙プルーム太さｄ＝１．０（ｍ）は閾値ｄｔｈ＝１．０（ｍ）に一致することから、火点と判定する。
【００６７】
このため火災判定部３４は、火災検知信号を煙プルームの太さデータ及び火点距離データと共に火災報知設備１４に出力し、火災警報の出力と共に煙プルームの太さｄ＝１．０（ｍ）と火点距離Ｌ＝１５．２（ｍ）を表示させ、監視領域で発生した火災の状況を確認可能とする。
【００６８】
一方、煙画像における煙プルームの水平画素数ＤがＤ＝４６ピクセルであり、見込み角θが同じθ＝２．９４°であっても、煙プルームの輝度率ｘが例えばｘ＝５．０（μＷ／ｐｘｌ）であったとすると、この場合の煙プルームの太さは図４の関係からｄ＝０．５（ｍ）と推定され、火災を判定する閾値ｄ＝１．０（ｍ）から乖離しており、非火災と判定される。
【００６９】
さらに、このｄ＝０．５（ｍ）のプルームと、監視カメラまでの距離Ｌを求めると、式２からＬ＝７．６（ｍ）となり、輝度率から推定される見込み角θｐは、
θｐ＝２ｔａｎ-1（０．５／２／７．６）＝３．８°
と計算される。
【００７０】
観測された見込み角θ＝２．９４°は、この推定された見込み角θｐ＝３．８°から大きく乖離しており、観測されたのは火災ではなく、薄い煙状のものが立ち上がったと推察できる。
【００７１】
［火災検知処理］
図８は、図７の実施形態による火災検知処理を示したフローチャートである。図８に示すように、まずステップＳ1（以下「ステップ」は省略）で煙画像における煙プルーム候補領域を判定する水平画素数の閾値Ｄｔｈ、監視カメラ１０における１画素当りの見込み角α、煙プルームの太さから火災を判定する火災判定閾値ｄｔｈを定数として設定する。
【００７２】
続いてＳ２に進み、監視カメラ１０で撮像した観測画像から所定輝度以上となる画素集合で形成される煙プルーム候補領域を検出し、煙プルーム候補領域の水平画素数Ｄを求め、Ｓ３で所定の閾値Ｄｔｈ以上であれば煙画像と判定し、Ｓ４に進む。
【００７３】
Ｓ４では、Ｓ２で検出した煙プルームの水平画素数Ｄから見込み角θを算出し、続いてＳ５に進み、煙画像における煙プルームの輝度を輝度率ｘとして検出する。
【００７４】
続いてＳ６に進み、煙プルームの輝度率ｘから煙プルームの太さを推定し、続いてＳ７に進んで、煙プルームの見込み角θと太さｄから火点距離Ｌを算出する。
【００７５】
続いてＳ８に進み、煙プルームの太さｄが火災閾値ｄｔｈ以上であれば火災と判定し、Ｓ９で火災検知信号を、煙プルームの太さd及び又は火点距離Ｌのデータと共に出力する。
【００７６】
［火点距離及び煙プルーム太さの応用］
（火点距離の推定に基づく応用）
図７の画像処理装置１２で火災を判定した場合に出力される火点距離Ｌを利用することで、図１の監視領域１０における煙２０が発生している火点位置を特定することができる。
【００７７】
監視領域１６における煙２０の火点位置が特定できると、例えば煙の位置情報を消火装置に送ることで適正な消火が可能となる。例えば、遠隔制御可能なスプリンクラーヘッドを備えたスプリンクラー消火設備を設置している場合には、火点位置に近いスプリンクラーヘッドだけを作動させる。また、移動可能な消火ロボットを火点付近まで自動で移動させる。また、放水銃の位置制御を行う。
【００７８】
また、工場や自動倉庫等、自動化された大空間施設では、火点位置を知ることで対象となる設備の運転停止や、付属する消火装置の稼働等、適切な処置が可能となる。
【００７９】
また、人による初期消火活動の際にも、火点位置に直行することができ、迅速な対応が可能となる。また、避難誘導の際、的確なルートの設定ができる。更に、消防隊員に火点の正確な位置を情報提供することができ、消火効率の向上を果たせることで人命救助と損害抑制に繋がる。これ以外にも、火点距離が分かることで、様々な対処が可能となる。
【００８０】
（煙プルーム太さの推定に基づく応用）
図7の画像処理装置１２で火災を判定した場合に出力される煙プルームの太さ、即ち火点の大きさ（規模）の推定値を利用することで、次のような応用が可能となる。
【００８１】
例えば、煙の大きさ（規模）に合わせた適正な消火剤を使用することが可能となり、少ない消火剤で確実に消火可能となり、汚損防止や財産保護に繋がる。
【００８２】
また、煙プルームの急激な拡大変化から急激な火災の拡大が分かり、早期に適切な方法で避難誘導を開始することを可能とし、人命救助に繋がる。これ以外にも、煙プルームの太さから火災の規模が分かることで、様々な対処が可能となる。
【００８３】
［黒煙火災の検知］
木材や布、紙等が燻焼した場合に発生する白煙の煙プルームは、若干の差異はあるものの、図４に示したように、ほぼ同等のプルーム太さと煙濃度の関係を維持する。このため燻焼する対象物に関わらず、図４に示した煙プルームの輝度率と太さの関係が維持され、図７の実施形態による火災検知が可能となる。
【００８４】
しかしながら、石油やガスが炎を上げて燃焼する場合には、燻焼によって生じる白煙に代わり、黒煙が発生し、火災規模すなわちプルーム太さと煙による散乱光量の関係は、燻焼火災の場合とは違うものとなる。
【００８５】
この場合には、まず炎の存在を確認し、発炎火災に伴う黒煙が発生していることを認識する必要がある。その上でプルーム太さと散乱光量の関係を、黒煙のモデル火災に置き換えて判断しなければならない。
【００８６】
図９は、黒煙の場合の代表的なプルーム太さｄに対する散乱光量の関係、即ち輝度率ｘと煙濃度Ｓの関係を示したグラフ図である。
【００８７】
このため黒煙プルームの煙画像から火災を検知する場合には、図７の画像処理装置１２に設けたプルーム太さ推定部３０に、図９の黒煙プルームの輝度率ｘと太さｄの関係を設定することで、白煙が発生した場合の図４の関係に基づく場合と同様にして、黒煙プルームの太さを推定して火災を判定することができる。
【００８８】
［火災判断領域の設定］
上記の実施形態にあっては、煙プルームの輝度率ｘから推定した太さｄが所定の閾値太さｄｔｈ以上の場合に火災と判定しているが、煙プルームの太さから火災と判断する閾値に所定の余裕を持たせた火災判断領域を設定し、この火災判断領域から外れた関係となるプルーム状のものは火災ではなく、非火災として報知する。
【００８９】
図１０は、図４に示した煙プルームの輝度率と太さの関係につき余裕度をもった火災判断領域を設定した例を示す。図１０において、火災と判定する火災判断領域は、煙プルームの太さｄの例えばｄ＝０．５（ｍ）〜１．５（ｍ）の範囲に設定しており、輝度率においては、概ねｘ＝５（μＷ／ｐｘｌ）〜４６（μＷ／ｐｘｌ）の範囲に対応している。
【００９０】
〔本発明の変形例〕
（火点の等価直径）
上記の実施形態は、煙画像から火災と判定した場合に、火災検知信号に加え、推定した煙プルームの太さｄ及び又は火点距離Ｌのデータを出力するようにしているが、火災検知信号のみを出力するようにしても良い。
【００９１】
（非火災判定）
上記の実施形態は、煙プルームの太さが所定の閾値以上の場合に火災と判定して火災検知信号と共に煙プルームまでの火点距離及び又は煙プルームの太さを示すデータを出力しているが、非火災と判定した場合にも、非火災の煙検出信号と共に煙プルームまでの火点距離及び又は煙プルームの太さを示すデータを出力し、例えば非火災の煙検知による注意警報を出力すると共に、火点距離と煙プルームの太さを表示することで、火気厳禁となっている監視領域での火気の使用を報知し、例えば放火などに対処することを可能とする。
【００９２】
（監視カメラ）
上記の実施形態にあっては、説明を簡単にするため監視カメラの片側視野角θを４５°とした場合を例にとっているが、適宜の視野角に適用できる。また、監視カメラの水平及び垂直の画素数も（１４００×１０００）ピクセルに限定されず、適宜の解像度のものが使用できる。
【００９３】
（画像処理装置）
上記の実施形態にあっては、監視カメラと画像処理装置を分離配置して伝送路により接続しているが、両者を一体化した装置としても良い。
【００９４】
（その他）
また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【符号の説明】
【００９５】
１０：監視カメラ
１２：画像処理装置
１４：火災報知設備
１５：撮像領域
１６：監視領域
１８：火源
２０：煙
２０ａ：煙プルーム
２２：伝送部
２４：煙画像判定部
２６：見込み角検出部
２８：輝度率検出部
３０：プルーム太さ推定部
３２：距離算出部
３４：火災判定部
【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】
2015138477.tif 000008
【図７】
2015138477.tif 000009
【図８】
2015138477.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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