(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を複数の時刻で撮影した赤外画像に対して画像処理をするガス検知用画像処理装置であって、
前記赤外画像の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示す物理量変化データを生成する第１の算出部と、
前記赤外画像内の第１の位置と第２の位置とを選択する第２の算出部と、
前記第１の算出部で生成された、前記第１の位置と前記第２の位置の前記物理量変化データの位相情報に基づいて、前記赤外画像内の前記第１の位置と前記第２の位置を含む前記赤外画像内の像が、ガス像であるか否かを判定する判定部と、を備えるガス検知用画像処理装置。
【請求項２】
前記第１の算出部は、
前記赤外画像の前記画素データの前記時間軸方向の変化を示す時系列画素データを生成し、
前記時系列画素データを前記時間軸方向に沿って平滑化して平滑化データを生成し、
前記時系列画素データと前記平滑化データとの差分を示す差分データに基づいて前記物理量変化データを生成する請求項１に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項３】
前記第２の算出部は、前記赤外画像内にガス像であるか否かを判定するための所定の領域を設定し、前記所定の領域内に前記第１の位置と前記第２の位置を選択し、
前記判定部は、前記所定の領域がガス像であるか否かを判定する請求項１または２に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項４】
前記赤外画像に対して所定の画像処理をして、ガス像の候補となるガス候補像を抽出する抽出部をさらに備え、
前記判定部は、前記ガス候補像を前記所定の領域として判定する請求項３に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項５】
前記被写体を複数の時刻で撮影した前記赤外画像は、フレームが時系列に複数並べられた構造を有するデータであり、
前記抽出部は、
前記赤外画像を構成する画素のそれぞれについて、前記差分データに対して、所定数の前記フレームを単位とする標準偏差を算出することにより標準偏差データを算出し、
前記標準偏差データを基にして、前記ガス候補像を抽出する請求項２に従属する請求項４に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項６】
前記被写体を複数の時刻で撮影した前記赤外画像は、フレームが時系列に複数並べられた構造を有するデータであり、
前記抽出部は前記赤外画像を構成する画素のそれぞれについて、
前記差分データの絶対値を示す絶対値データを算出し、
前記絶対値データに対して、所定数の前記フレームを単位とする加算をすることにより絶対値加算データを算出し、
前記絶対値加算データを基にして、前記ガス候補像を抽出する請求項２に従属する請求項４に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項７】
前記第２の算出部は、前記赤外画像を予め定められたサイズに分割して得られる領域を前記所定の領域として設定する請求項３に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項８】
前記判定部は、前記所定の領域がガス像であるか否かを、前記所定の領域ごとに判定する請求項３、４および７のいずれか一項に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項９】
前記第２の算出部は、前記第１の位置を特定の基準位置とし、前記所定の領域を囲む長方形の中心を前記基準位置として設定する請求項３〜８のいずれか一項に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項１０】
前記第２の算出部は、前記第１の位置を特定の基準位置とし、前記所定の領域の重心位置を前記基準位置として設定する請求項３〜８のいずれか一項に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項１１】
前記第２の算出部は、前記第１の位置を特定の基準位置とし、前記所定の領域を構成する画素の中で、画素が示す値が最大となる画素を含む位置を前記基準位置として設定する請求項３〜８のいずれか一項に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項１２】
前記第２の算出部は、前記基準位置に対し複数の第２の位置を選択する請求項９〜１１のいずれか一項に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項１３】
前記第２の算出部は、前記第１の位置の前記物理量変化データの波形の位相と前記第２の位置の前記物理量変化データの波形の位相との類似度を示す位相類似度を算出し、
前記判定部は、前記位相類似度に基づいて、前記第１の位置と前記第２の位置を含む前記赤外画像内の像が、ガス像であるか否かを判定する請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項１４】
前記第２の算出部は、前記位相類似度として、前記第１の位置の前記物理量変化データの波形と前記第２の位置の前記物理量変化データの波形との正規化相互相関を算出する請求項１３に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項１５】
被写体を複数の時刻で撮影した赤外画像に対して画像処理をするガス検知用画像処理方法であって、
前記赤外画像の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示す物理量変化データを生成し、
前記赤外画像内で選択された第１の位置と第２の位置のそれぞれにおける物理量変化データの位相情報に基づいて、前記第１の位置と前記第２の位置を含む前記赤外画像内の像が、ガス像であるか否かを判定するガス検知用画像処理方法。
【請求項１６】
被写体を複数の時刻で撮影した赤外画像に対して画像処理をするガス検知用画像処理プログラムであって、
前記赤外画像の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示す物理量変化データを生成し、
前記赤外画像内で選択された第１の位置と第２の位置のそれぞれにおける物理量変化データの位相情報に基づいて、前記第１の位置と前記第２の位置を含む前記赤外画像内の像が、ガス像であるか否かを判定する処理をコンピュータに実行させるガス検知用画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外画像を利用してガスを検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス漏れが発生したとき、漏れたガスが漂っている領域では、わずかな温度変化が生じる。この原理を利用してガス検知する技術として、赤外画像を利用したガス検知が知られている。【０００３】
赤外画像を利用したガス検知として、例えば、特許文献１は、検査対象領域を撮影する赤外線カメラと、赤外線カメラにより撮影された赤外線画像を処理する画像処理部と、を有し、画像処理部は、時系列に並べられた複数の赤外線画像からガス漏れによる動的なゆらぎを抽出するゆらぎ抽出部を有するガス漏れ検出装置を開示している。【０００４】
本発明者は、赤外画像を利用したガス検知において、太陽光を反射する物体や熱源からの熱を反射する物体が、ガスと誤検知されることを見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−５８０９３号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、ガスの検知精度を向上させることができるガス検知用画像処理装置、ガス検知用画像処理方法及びガス検知用画像処理プログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
上記目的を達成する本発明の第１の局面に係るガス検知用画像処理装置は、被写体を複数の時刻で撮影した赤外画像に対して画像処理をするガス検知用画像処理装置であって、第１の算出部と、第２の算出部と、判定部と、を備える。第１の算出部は、前記赤外画像を構成する各画素の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示す物理量変化データを生成する。第２の算出部は、前記赤外画像を構成する画素の中から、基準となる基準画素と、前記基準画素と比較するための比較画素とを選択し、前記基準画素の前記物理量変化データの波形の位相と前記比較画素の前記物理量変化データの波形の位相との類似度を示す位相類似度を算出する。判定部は、前記位相類似度を基にして、前記基準画素及び前記比較画素を含む像が、ガス像でないことを判定する。
【０００８】
上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本実施形態に係るガス検知システムの構成を示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すガス検知用画像処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】時系列画素データＤ１を説明する説明図である。
【図３】屋外の試験場所を被写体とする画像Ｉ１を示す画像図である。
【図４】太陽光を反射している物体を含む被写体の画像Ｉ２を示す画像図である。
【図５】地点ＳＰ１に対応する画素の時系列画素データＤ１−１、地点ＳＰ２に対応する画素の時系列画素データＤ１−２、及び、地点ＳＰ３に対応する画素の時系列画素データＤ１−３を示すグラフである。
【図６】地点ＳＰ４に対応する画素の時系列画素データＤ１−４、及び、地点ＳＰ５に対応する画素の時系列画素データＤ１−５を示すグラフである。
【図７】時系列画素データＤ１−２及びこれの平均データＤ２−２を示すグラフである。
【図８】差分データＤ３−２を示すグラフである。
【図９】差分データＤ３−４及び差分データＤ３−５を示すグラフである。
【図１０】差分データＤ３−１、差分データＤ３−２及び差分データＤ−３を示すグラフである。
【図１１】本実施形態に係るガス検知用画像処理装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】画像Ｉ２、画像Ｉ９、画像Ｉ１０を比較した画像図である。
【図１３】画像Ｉ１、画像Ｉ２、画像Ｉ１０、画像Ｉ１１、画像Ｉ１２、画像Ｉ１３を比較した画像図である。
【図１４】基準画素の他の例を示す画像図である。
【図１５】基準画素のさらに他の例を示す画像図である。
【図１６】差分データＤ３を示すグラフである。
【図１７】絶対値データＤ５を示すグラフである。
【図１８】画像Ｉ１４を示す画像図である。
【図１９】複数の領域に分割された画像Ｉ１及び画像Ｉ２を示す画像図である。
【図２０】本実施形態の変形例の動作を説明するフローチャートである。
【図２１】画像Ｉ１５、画像Ｉ１６を比較した画像図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００１１】
図１Ａは、本実施形態に係るガス検知システム１の構成を示すブロック図である。ガス検知システム１は、赤外線カメラ２とガス検知用画像処理装置３とを備える。
【００１２】
赤外線カメラ２は、ガス漏れの監視対象（例えば、ガス輸送管どうしが接続されている箇所）を含む被写体について、赤外画像の動画を撮影し、動画を示す動画データＭＤを生成する。ガス漏れの監視対象を含む被写体の赤外画像を複数の時刻で撮影した赤外画像であればよく、動画に限定されない。赤外線カメラ２は、光学系４、フィルター５、二次元イメージセンサー６及び信号処理部７を備える。
【００１３】
光学系４は、被写体の赤外画像を二次元イメージセンサー６上で結像させる。フィルター５は、光学系４と二次元イメージセンサー６との間に配置され、光学系４を通過した光のうち、特定波長の赤外線のみを通過させる。赤外の波長帯のうち、フィルター５を通過させる波長帯は、検知するガスの種類に依存する。例えばメタンの場合、３．２〜３．４μｍの波長帯を通過させるフィルター５が用いられる。二次元イメージセンサー６は、例えば、冷却型インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）イメージセンサーであり、フィルター５を通過した赤外線を受光する。信号処理部７は、二次元イメージセンサー６から出力されたアナログ信号を、デジタル信号に変換し、公知の画像処理をする。このデジタル信号が、動画データＭＤとなる。
【００１４】
ガス検知用画像処理装置３は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末等であり、機能ブロックとして、画像データ入力部８、画像処理部９、表示制御部１０、ディスプレイ１１及び入力部１２を備える。
【００１５】
画像データ入力部８は、赤外線カメラ２の通信部（不図示）と通信する通信インターフェイスである。画像データ入力部８には、赤外線カメラ２の通信部から送られてきた動画データＭＤが入力される。画像データ入力部８は、動画データＭＤを画像処理部９へ送る。
【００１６】
画像処理部９は、動画データＭＤに所定の処理をする。所定の処理には、動画データＭＤから時系列画素データを生成する処理等が含まれる。
【００１７】
動画データＭＤで示される動画は、フレームが時系列に複数並べられた構造を有する。複数のフレーム（複数の赤外画像）において、同じ位置にある画素の画素データを時系列に並べたデータを、時系列画素データとする。時系列画素データを具体的に説明する。図２は、時系列画素データＤ１を説明する説明図である。赤外画像の動画のフレーム数をＫとする。一つのフレームがＭ個の画素、すなわち、１番目の画素、２番目の画素、・・・、Ｍ−１番目の画素、Ｍ番目の画素で構成されている。画素データ（画素値）を基にして、輝度、温度等の物理量が定められる。
【００１８】
複数（Ｋ個）のフレームの同じ位置にある画素とは、同じ順番の画素を意味する。例えば、１番目の画素で説明すると、１番目のフレームに含まれる１番目の画素の画素データ、２番目のフレームに含まれる１番目の画素の画素データ、・・・、Ｋ−１番目のフレームに含まれる１番目の画素の画素データ、Ｋ番目のフレームに含まれる１番目の画素の画素データを、時系列に並べたデータが、１番目の画素の時系列画素データＤ１となる。また、Ｍ番目の画素で説明すると、１番目のフレームに含まれるＭ番目の画素の画素データ、２番目のフレームに含まれるＭ番目の画素の画素データ、・・・、Ｋ−１番目のフレームに含まれるＭ番目の画素の画素データ、Ｋ番目のフレームに含まれるＭ番目の画素の画素データを、時系列に並べたデータが、Ｍ番目の画素の時系列画素データＤ１となる。時系列画素データＤ１の数は、一つのフレームを構成する画素の数と同じである。
【００１９】
図１Ａの説明に戻る。画像処理部９は、第１の算出部９１、第２の算出部９２、抽出部９４及び判定部９５を備える。これらについては、後で説明する。
【００２０】
表示制御部１０は、動画データＭＤで示される動画等を、ディスプレイ１１に表示させる。
【００２１】
入力部１２は、ガス検知に関連する各種入力がされる。本実施形態に係るガス検知用画像処理装置３は、表示制御部１０、ディスプレイ１１及び入力部１２を備えるが、これらを備えないガス検知用画像処理装置３でもよい。
【００２２】
図１Ｂは、図１Ａに示すガス検知用画像処理装置３のハードウェア構成を示すブロック図である。ガス検知用画像処理装置３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３ｂ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３ｃ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）３ｄ、液晶ディスプレイ３ｅ、通信インターフェイス３ｆ、キーボード等３ｇ、及び、これらを接続するバス３ｈを備える。液晶ディスプレイ３ｅは、ディスプレイ１１を実現するハードウェアである。液晶ディスプレイ３ｅの替わりに、有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ  ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイ等でもよい。通信インターフェイス３ｆは、画像データ入力部８を実現するハードウェアである。キーボード等３ｇは、入力部１２を実現するハードウェアである。キーボードの替わりに、タッチパネルでもよい。
【００２３】
ＨＤＤ３ｄには、画像処理部９及び表示制御部１０について、これらの機能ブロックをそれぞれ実現するためのプログラム、及び、各種データ（例えば、動画データＭＤ）が格納されている。画像処理部９を実現するプログラムは、動画データＭＤ（画像データ）を取得し、動画データＭＤに上記所定の処理をする画像処理プログラムである。表示制御部１０を実現するプログラムは、例えば、動画データＭＤで示される動画をディスプレイ１１に表示させたり、画像処理部９によって上記所定の処理がされた動画をディスプレイ１１に表示させたりする表示制御プログラムである。これらのプログラムは、ＨＤＤ３ｄに予め記憶されているが、これに限定されない。例えば、これらのプログラムを記録している記録媒体（例えば、磁気ディスク、光学ディスクのような外部記録媒体）が用意されており、この記録媒体に記憶されているプログラムがＨＤＤ３ｄに記憶されてもよい。また、これらのプログラムは、ガス検知用画像処理装置３とネットワーク接続されたサーバに格納されており、ネットワークを介して、これらのプログラムがＨＤＤ３ｄに送られ、ＨＤＤ３ｄに記憶されてもよい。これらのプログラムは、ＨＤＤ３ｄの替わりにＲＯＭ３ｃに記憶してもよい。ガス検知用画像処理装置３は、ＨＤＤ３ｄの替わりに、フラッシュメモリを備え、これらのプログラムはフラッシュメモリに記憶してもよい。
【００２４】
ＣＰＵ３ａは、これらのプログラムを、ＨＤＤ３ｄから読み出してＲＡＭ３ｂに展開させ、展開されたプログラムを実行することによって、画像処理部９及び表示制御部１０が実現される。但し、画像処理部９の機能及び表示制御部１０の機能について、各機能の一部又は全部は、ＣＰＵ３ａによる処理に替えて、又は、これと共に、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）による処理によって実現されてもよい。又、同様に、各機能の一部又は全部は、ソフトウェアによる処理に替えて、又は、これと共に、専用のハードウェア回路による処理によって実現されてもよい。
【００２５】
ガス検知用画像処理装置３は、要素として、第１の算出部９１、第２の算出部９２、抽出部９４及び判定部９５を含む。ＨＤＤ３ｄには、これらの要素のそれぞれを実現するためのプログラムが格納されている。これらのプログラムは、第１の算出プログラム、第２の算出プログラム、抽出プログラム、判定プログラムと表現される。
【００２６】
これらのプログラムは、要素の定義を用いて表現される。第１の算出部９１及び第１の算出プログラム、並びに、第２の算出部９２及び第２の算出プログラムを例にして説明する。第１の算出部９１は、赤外画像を構成する各画素の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示す物理量変化データを生成する。第１の算出プログラムは、赤外画像を構成する各画素の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示す物理量変化データを生成するプログラムである。第２の算出部９２は、赤外画像を構成する画素の中から、基準となる基準画素と、基準画素と比較するための比較画素とを選択し、基準画素の物理量変化データの波形の位相と比較画素の物理量変化データの波形の位相との類似度を示す位相類似度を算出する。第２の算出プログラムは、赤外画像を構成する画素の中から、基準となる基準画素と、基準画素と比較するための比較画素とを選択し、基準画素の物理量変化データの波形の位相と比較画素の物理量変化データの波形の位相との類似度を示す位相類似度を算出するプログラムである。第１の算出プログラムと第２の算出プログラムとを別々にしたが、両方の機能を有する算出プログラムでもよい。
【００２７】
ＣＰＵ３ａによって実行されるこれらのプログラム（第１の算出プログラム、第２の算出プログラム、抽出プログラム、判定プログラム）のフローチャートが、後で説明する図１１である。
【００２８】
物理量変化データは、赤外画像を構成する各画素について、画素の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示すデータである。本実施形態では、物理量が輝度を例にして説明するが、輝度に限定されず、例えば、温度でもよい。図２で説明した時系列画素データＤ１は、物理量変化データの一例である。
【００２９】
本発明者は、ガス像（ガスを示す像）を構成する各画素について、物理量変化データの波形を比較すると、波形の位相が類似しておらず、これに対して、太陽光や熱源からの熱を反射した物体（例えば、プラントのタンク）の像を構成する各画素について、物理量変化データの波形を比較すると、波形の位相が類似していることを見出した。太陽光や熱源からの熱を反射した物体の像の場合、位相類似度が高くなり、ガス像の場合、位相類似度が低くなる。これについて説明する。
【００３０】
図３は、屋外の試験場所を被写体とする画像Ｉ１を示す画像図である。画像Ｉ１は、赤外画像である。試験場所の地点ＳＰ１，ＳＰ２では、ガスが出ている。これらと比較するために、ガスがない地点として、地点ＳＰ３が示されている。図４は、太陽光を反射している物体を含む被写体の画像Ｉ２を示す画像図である。画像Ｉ２は、赤外画像である。上記物体の像が物体像１００である。物体は、曲面の表面を有し、曲面上の二つの地点ＳＰ４，ＳＰ５が示されている。地点ＳＰ４，ＳＰ５ではガスが出ておらず、ガスがない。地点ＳＰ１〜地点ＳＰ５は、それぞれ、赤外画像の一つの画素と対応する。
【００３１】
図５は、地点ＳＰ１に対応する画素の時系列画素データＤ１−１、地点ＳＰ２に対応する画素の時系列画素データＤ１−２、及び、地点ＳＰ３に対応する画素の時系列画素データＤ１−３を示すグラフである。図６は、地点ＳＰ４に対応する画素の時系列画素データＤ１−４、及び、地点ＳＰ５に対応する画素の時系列画素データＤ１−５を示すグラフである。図５及び図６において、グラフの縦軸は、画素データ（画素値）を示しており、グラフの横軸は、フレームの順番を示している。画素データは、１６ビットで表現されており、輝度を示す。
【００３２】
時系列画素データＤ１は、上述したように、物理量変化データの一例である。時系列画素データＤ１−１、時系列画素データＤ１−２、及び、時系列画素データＤ１−３は、図３に示す画像Ｉ１を含む動画から得られたデータである。時系列画素データＤ１−４、及び、時系列画素データＤ１−５は、図４に示す画像Ｉ２を含む動画から得られたデータである。これらの動画のフレームレートは、３０ｆｐｓである。
【００３３】
時系列画素データＤ１−１，Ｄ１−２の波形の振幅の変化（すなわち、輝度の変化）は、時系列画素データＤ１−３の波形の振幅の変化より大きい。時系列画素データＤ１−１，Ｄ１−２は、ガスが出ている地点ＳＰ１，ＳＰ２のデータであり、時系列画素データＤ１−３は、ガスがない地点ＳＰ３のデータだからである。
【００３４】
時系列画素データＤ１−４，Ｄ１−５の波形の振幅の変化は、時系列画素データＤ１−３の波形の振幅の変化より大きい。地点ＳＰ４，ＳＰ５は、物体の表面（曲面）上に位置しており、物体で反射される光（熱）がゆらいでいるからである。このゆらぎは、例えば、雲が移動して太陽光を遮ったり、太陽光を遮っている雲が移動したりすると、物体の表面（曲面）にあたる光の量が変わり、見かけの温度が変化することにより発生する。
【００３５】
時系列画素データＤ１−１の波形の位相と時系列画素データＤ１−２の波形の位相とは、類似していないように見える。ガスは、時間が経過するに従って、ガスが出ている地点の周辺に徐々に拡散するので、輝度の変化はガスが出ている箇所から徐々に周辺に伝搬する。このため、時系列画素データＤ１−１の波形の変化と時系列画素データＤ１−２の波形の変化とは、同期しておらず、波形の位相が類似しないのである。
【００３６】
これに対して、時系列画素データＤ１−４の波形の位相と時系列画素データＤ１−５の波形の位相とは、類似しているように見える。物体から反射される光（熱）は、太陽光の変化、又は、近くの熱源の変化の影響を受けることが多い（すなわち、物体から反射される光、又は、単一の光源若しくは熱源の変化を受けていることが多い）。このため、時系列画素データＤ１−４の波形の変化と時系列画素データＤ１−５の波形の変化とが、同期（波形の極大と極小のタイミングが同期）しているので、波形の位相が類似するのである。
【００３７】
実際、時系列画素データＤ１−１と時系列画素データＤ１−２とは、波形の位相が類似しておらず、時系列画素データＤ１−４と時系列画素データＤ１−５とは、波形の位相が類似していることを説明する。本実施形態では、時系列画素データＤ１自体を比較するのではなく、差分データＤ３を比較する。この理由については、後で説明する。差分データＤ３は、時系列画素データＤ１とこの時系列画素データＤ１から抽出された平均データＤ２（平滑化データの一例）との差分（同時刻での差分）を示すデータであり、この時系列画素データＤ１の変動成分を示す。差分データＤ３は、物理量変化データの一例である。差分データＤ３の算出について、時系列画素データＤ１−２を例にして説明する。
【００３８】
図７は、時系列画素データＤ１−２及びこれの平均データＤ２−２を示すグラフである。図８は、差分データＤ３−２を示すグラフである。図７及び図８において、グラフの縦軸及び横軸は、図５に示すグラフの縦軸及び横軸と同じである。
【００３９】
図７を参照して、平均データＤ２−２は、２１フレームを単位とする単純移動平均である。内訳は、ターゲットとなるフレーム、これより前の連続する１０フレーム、これより後の連続する１０フレームである。平均データＤ２は、平滑化データの一例である。平滑化データは、時系列画素データＤ１に対して時間軸方向に沿って平滑化された波形を示すデータである。
【００４０】
移動平均の算出に用いるフレーム数が２１を例にして説明している。フレーム数が少なすぎると、平均データＤ２の波形は、時系列画素データＤ１の波形とほぼ同じとなる。フレーム数が多すぎると、平均データＤ２の波形は、フラットとなる。差分データＤ３の極大値がプラスであり、極小値がマイナスとなるように、移動平均の算出に用いるフレーム数が選択される（例えば、１５フレーム〜５０フレーム）。
【００４１】
図８を参照して、差分データＤ３−２は、図７に示す時系列画素データＤ１−２と平均データＤ２−２との差分を示すデータである。差分データＤ３−２は、極大値がプラスであり、極小値がマイナスであり、時系列画素データＤ１−２の変動成分を示している。
【００４２】
波形の位相が類似しているか否かは、変動成分どうしを比較すれば、判断し易い。すなわち、変動成分が、プラスからマイナスへ切り替わるタイミング、マイナスからプラスへ切り替わるタイミング、極大値となるタイミング、及び、極小値となるタイミングがある。二つの波形の変動成分において、それらが同じ（又は、ほぼ同じ）であれば、波形の位相は、類似していると見なすことができ、これらが異なれば、波形の位相は、類似していないと見なすことができる。
【００４３】
図９は、差分データＤ３−４及び差分データＤ３−５を示すグラフである。図１０は、差分データＤ３−１、差分データＤ３−２及び差分データＤ−３を示すグラフである。図９及び図１０において、グラフの縦軸及び横軸は、図５に示すグラフの縦軸及び横軸と同じである。差分データＤ３−１は、時系列画素データＤ１−１（図５）に対応する差分データＤ３である。差分データＤ３−２は、時系列画素データＤ１−２（図５）に対応する差分データＤ３である。差分データＤ３−３は、時系列画素データＤ１−３（図５）に対応する差分データＤ３である。差分データＤ３−４は、時系列画素データＤ１−４（図６）に対応する差分データＤ３である。差分データＤ３−５は、時系列画素データＤ１−５（図６）に対応する差分データＤ３である。
【００４４】
図９を参照して、画像Ｉ３、画像Ｉ４及び画像Ｉ５は、図４に示す画像Ｉ２と対応する。画像Ｉ３、画像Ｉ４及び画像Ｉ５を構成する各画素の値は、画素データ（画素値）の差分値である。画像Ｉ３、画像Ｉ４及び画像Ｉ５は、差分値を可視化した画像である。画像Ｉ３は、１番目のフレームの差分データＤ３を示す画像である。画像Ｉ４は、６番目のフレームの差分データＤ３を示す画像である。画像Ｉ５は、１２番目のフレームの差分データＤ３を示す画像である。画像Ｉ３、画像Ｉ４、画像Ｉ５において、濃淡が、白に近づくに従って、差分値が大きくなり、黒に近づくに従って、差分値が小さくなる。差分値が０及びその付近では、灰色となる。
【００４５】
差分データＤ３−４と差分データＤ３−５とを比較すると、プラスからマイナスへ切り替わるタイミング、マイナスからプラスへ切り替わるタイミング、極大値となるタイミング、及び、極小値となるタイミングが、同一、又は、ほぼ同一である。従って、差分データＤ３−４と差分データＤ３−５とは、波形の位相が類似している（図６に示す時系列画素データＤ１−４と時系列画素データＤ１−５とは、波形の位相が類似している）。これは、物体像１００の濃淡が変化するタイミングが同じであることを意味する。これを画像で示しているのが、画像Ｉ３、画像Ｉ４及び画像Ｉ５である。画像Ｉ３（１番目のフレーム）において、物体像１００は、灰色で示されている。画像Ｉ４（６番目のフレーム）において、物体像１００は、白色で示されている。画像Ｉ５（１２番目のフレーム）において、物体像１００は、黒色で示されている。
【００４６】
図１０を参照して、画像Ｉ６、画像Ｉ７及び画像Ｉ８は、図３に示す画像Ｉ１の点線で示す領域と対応する。画像Ｉ６、画像Ｉ７及び画像Ｉ８を構成する各画素の値は、画素データ（画素値）の差分値である。画像Ｉ６、画像Ｉ７及び画像Ｉ８は、差分値を可視化した画像である。画像Ｉ６は、１番目のフレームにおいて、差分データＤ３を示す画像である。画像Ｉ７は、６番目のフレームにおいて、差分データＤ３を示す画像である。画像Ｉ８は、１２番目のフレームにおいて、差分データＤ３を示す画像である。画像Ｉ６、画像Ｉ７、画像Ｉ８において、濃淡が、白に近づくに従って、差分値が大きくなり、黒に近づくに従って、差分値が小さくなる。差分値が０及びその付近では、灰色となる。
【００４７】
差分データＤ３−１と差分データＤ３−２とを比較すると、プラスからマイナスへ切り替わるタイミング、マイナスからプラスへ切り替わるタイミング、極大値となるタイミング、及び、極小値となるタイミングが、異なる。従って、差分データＤ３−１と差分データＤ３−２とは、波形の位相が類似していない（図５に示す時系列画素データＤ１−１と時系列画素データＤ１−２とは、波形の位相が類似していない）。これは、濃淡が変化するタイミングが異なることを意味する。これを画像で示しているのが、画像Ｉ６、画像Ｉ７及び画像Ｉ８である。濃淡が同じタイミングで変化する像がない。
【００４８】
図１０に示す差分データＤ３−１と差分データＤ３−２（図５に示す時系列画素データＤ１−１と時系列画素データＤ１−２）とは、波形の位相が類似しておらず、図９に示す差分データＤ３−４と差分データＤ３−５（図６に示す時系列画素データＤ１−４と時系列画素データＤ１−５）とは、波形の位相が類似していることを数値（位相類似度）で説明する。
【００４９】
波形の位相の類似度（以下、位相類似度）は、例えば、正規化相互相関（ＮＣＣ：Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｃｒｏｓｓ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）で示される。正規化相互相関は、式１によって算出される。
【００５０】
【数１】
0006493624.tif 000002
【００５１】
ベクトルＸ（ｔ）は、（Ｘｔ０，Ｘｔ１，Ｘｔ２，・・・，Ｘｔｎ）であり、ベクトルＹ（ｔ）は、（Ｙｔ０，Ｙｔ１，Ｙｔ２，・・・，Ｙｔｎ）である。ｔ０，ｔ１，ｔ２，・・・，ｔｎは、時刻を示す。ベクトルＸ（ｔ）とベクトルＹ（ｔ）とで形成される角度がθとした場合、ｃｏｓθが正規化相互相関となる。正規化相互相関は、−１から＋１の範囲の値である。ベクトルＸ（ｔ）とベクトルＹ（ｔ）との相関性がない場合、正規化相互相関は、０となる。ベクトルＸ（ｔ）とベクトルＹ（ｔ）とが、正の相関性が強くなるに従って、正規化相互相関は、＋１に近づく。ベクトルＸ（ｔ）とベクトルＹ（ｔ）とが、負の相関性が強くなるに従って、正規化相互相関は、−１に近づく。正規化相互相関が、＋１に近づくに従って、ベクトルＸ（ｔ）の波形の位相とベクトルＹ（ｔ）の波形の位相との位相類似度が高くなる。正規化相互相関が、＋１に近づくとは、角度θが０に近づくという意味である。
【００５２】
正規化相互相関の実際の演算は、式１ではなく、式２が用いられる。式２は、式１のベクトルの要素を展開した式である。
【００５３】
【数２】
0006493624.tif 000003
【００５４】
図１０に示す差分データＤ３−１をベクトルＸ（ｔ）とし、差分データＤ３−２をベクトルＹ（ｔ）とする。図９に示す差分データＤ３−４をベクトルＸ（ｔ）とし、差分データＤ３−５をベクトルＹ（ｔ）とする。ベクトルＸ（ｔ）及びベクトルＹ（ｔ）は、各フレームの画素データの差分値（輝度の差分値）を要素とするベクトルである。例えば、フレーム数が３００の場合、ベクトルＸ（ｔ）及びベクトルＹ（ｔ）は、３００次元ベクトルとなる。
【００５５】
差分データＤ３−１と差分データＤ３−２との正規化相互相関は、−０．０４である。差分データＤ３−４と差分データＤ３−５との正規化相互相関は、＋０．９８５である。相関類似度の観点からも、差分データＤ３−１と差分データＤ３−２（時系列画素データＤ１−１と時系列画素データＤ１−２）は、波形の位相が類似しておらず、差分データＤ３−４と差分データＤ３−５（時系列画素データＤ１−４と時系列画素データＤ１−５）は、波形の位相が類似していることが分かる。
【００５６】
正規化相互相関は、式２に限らず、式３でもよい。式３は、ＺＮＣＣ（Ｚｅｒｏ−ｍｅａｎ  Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｃｒｏｓｓ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）である。式３は、平均値をキャンセルする項を含む式である。
【００５７】
【数３】
0006493624.tif 000004
【００５８】
位相類似度の算出に用いる式は、正規化相互相関に限られず、波形の位相の類似度を算出できる式であればよい。
【００５９】
位相類似度が高い現象は、物体から反射される光（熱）に限らず、例えば、図１Ａに示す赤外線カメラ２の光学系４で発生した迷光でも発生する。本実施形態は、位相類似度が高い場合、ガスが検知されたのではなく、ノイズと見なして処理をする。
【００６０】
図１１は、図１Ａに示す本実施形態に係るガス検知用画像処理装置３の動作を説明するフローチャートである。図１Ａ及び図１１を参照して、第１の算出部９１は、図２に示す時系列画素データＤ１を生成する。第１の算出部９１は、時系列画素データＤ１に対して、Ｋ個のフレームより少ない所定数（例えば、２１）のフレームを単位とする単純移動平均を算出することにより得られたデータを平均データＤ２（平滑化データ）とし、図２に示すＭ個の時系列画素データＤ１のそれぞれに対応するＭ個の平均データＤ２を算出する（ステップＳ１）。
【００６１】
第１の算出部９１は、Ｍ個の時系列画素データＤ１とステップＳ１で算出されたＭ個の平均データＤ２とを用いて、Ｍ個の時系列画素データＤ１のそれぞれに対応するＭ個の差分データＤ３を算出する（ステップＳ２）。
【００６２】
Ｍ個の差分データＤ３のうち、波形の振幅が大きい差分データＤ３に対応する画素で構成される像が、ガス候補像（所定の領域の一例）となる。ガス候補像とは、ガス像の候補となる像である。抽出部９４は、ステップＳ２で算出したＭ個の差分データＤ３を基にして、ガス候補像を抽出する（ステップＳ３）。これについて説明する。
【００６３】
図１２は、画像Ｉ２、画像Ｉ９、画像Ｉ１０を比較した画像図である。画像Ｉ２は、図４に示す画像Ｉ２である。画像Ｉ９及び画像Ｉ１０は、ガス候補像を抽出する処理で用いられる画像である。図１Ａに示す抽出部９４は、例えば、図１０の差分データＤ３に対して、全フレームである３００フレーム分の標準偏差を算出して得られたデータから、標準偏差データＤ４を算出する。標準偏差データＤ４で示される画像が、図１２で示す画像Ｉ９である。なお、抽出部９４は、３００フレームよりも少ない所定フレーム数（例えば２０フレーム程度）で、移動標準偏差を順時算出し、移動標準偏差値を算出したフレーム数分加算するなどの別の処理をしてもよい。
【００６４】
画像Ｉ９は、画像Ｉ２を基にして生成された画像である。画像Ｉ９を構成する各画素の値は、標準偏差を示す。従って、画像Ｉ９は、標準偏差を可視化した画像である。標準偏差データＤ４は、差分データＤ３と比べて、物体像１００やガス像（不図示）がより明確に表れる。所定のしきい値を超える標準偏差を有する画素で構成される像が、ガス候補像とする。画像Ｉ１０は、画像Ｉ９を構成する各画素の値（標準偏差）を、上記所定のしきい値で二値化した画像である。物体像１００と重なる位置にガス候補像１０２ａが表れている。抽出部９４は、Ｍ個の標準偏差データＤ４のそれぞれに対して、上記しきい値を用いて、二値化する処理をする。
【００６５】
図１Ａ及び図１１を参照して、第２の算出部９２は、ガス候補像について、位相類似度を算出する（ステップＳ４）。これについて説明する。図１３は、画像Ｉ１、画像Ｉ２、画像Ｉ１０、画像Ｉ１１、画像Ｉ１２、画像Ｉ１３を比較した画像図である。画像Ｉ２及び画像Ｉ１０は、図１２に示す画像Ｉ２及び画像Ｉ１０である。画像Ｉ１１は、ガス候補像１０２ａについて、位相類似度を可視化した画像である。
【００６６】
画像Ｉ１は、図３に示す画像Ｉ１である。画像Ｉ１２及び画像Ｉ１３は、画像Ｉ１の点線で囲まれた領域と対応する画像である。画像Ｉ１２は、画像Ｉ１０と同様に、ステップＳ３の処理がされた画像であり、ガス候補像１０２ｂを含む。画像Ｉ１３は、画像Ｉ１１と同様に、位相類似度を可視化した画像である。
【００６７】
第２の算出部９２は、ステップＳ３で抽出されたガス候補像１０２（１０２ａ，１０２ｂ）を構成する全画素の中から基準画素１０４（１０４ａ，１０４ｂ）を一つ決定する。例えば、第２の算出部９２は、ガス候補像１０２を構成する全画素のうち、標準偏差が最大となる画素を、基準画素１０４と決定し、それらの全画素のうち、基準画素１０４以外の画素を比較画素（不図示）と決定する。比較画素の個数をＮとする。
【００６８】
第２の算出部９２は、基準画素１０４の差分データＤ３の波形と１番目の比較画素の差分データＤ３の波形との位相類似度を算出する。第２の算出部９２は、正規化相互相関を用いて位相類似度を算出する。差分データＤ３は、物理量変化データの一例である。第２の算出部９２は、残りの比較画素（２番目〜Ｎ番目の比較画素）の差分データＤ３についても同様にして、位相類似度を算出する。例えば、２番目の比較画素で説明すると、第２の算出部９２は、基準画素１０４の差分データＤ３の波形と２番目の比較画素の差分データＤ３の波形との位相類似度を算出する。
【００６９】
このようにして算出された位相類似度を可視化した画像の一例が、図１３に示す画像Ｉ１１及び画像Ｉ１３である。なお、基準画素１０４は、上記標準偏差が最大となる画素に限定されない。図１４は、基準画素１０４（１０４ｃ）の他の例を示す画像図である。図１５は、基準画素１０４（１０４ｄ）のさらに他の例を示す画像図である。図１４を参照して、ガス候補像１０２ａ（所定の領域）の重心に位置する画素が、基準画素１０４ｃとしてもよい。図１５を参照して、外接長方形１０８の中心に位置する画素が、基準画素１０４ｄとしてもよい。外接長方形１０８は、ガス候補像１０２ａと接する四辺を有し、ガス候補像１０２ａ（所定の領域）を囲む長方形である。
【００７０】
図１３に示す画像Ｉ１１及び画像Ｉ１３を参照して、位相類似度が高くなる（１に近づく）に従って、画素が白くなり、位相類似度が低くなる（−１に近づく）に従って画素が黒くなる。画像Ｉ１１に含まれる像１０６ａは、白で示され、位相類似度が高い。像１０６ａは、太陽光を反射している物体に対応する。画像Ｉ１３に含まれる像１０６ｂは、灰色で示され、位相類似度が低い。像１０６ｂは、ガス像に対応する。
【００７１】
図１Ａ及び図１１を参照して、判定部９５は、ステップＳ３で抽出したガス候補像１０２（基準画素１０４及び比較画素を含む像）が、ノイズか否かを判定する（ステップＳ５）。詳しく説明すると、判定部９５は、ステップＳ３で抽出したガス候補像１０２について、位相類似度が所定の基準を超える場合、ガス候補像１０２が、ガス像でなく、ガス以外の他の原因（例えば、物体から反射された光、物体から反射された熱、図１Ａに示す赤外線カメラ２の光学系４で発生した迷光）で発生した像と見なし、そのガス候補像１０２をノイズと判定する。このように、判定部９５は、ガス候補像１０２について、位相類似度が所定の基準を超える場合、そのガス候補像１０２が、ガス像でないと判定する。
【００７２】
判定部９５は、位相類似度が所定の基準以下の場合、ガス候補像１０２をノイズでないと判定する（ガス像と判定してもよい）。
【００７３】
判定部９５は、例えば、位相類似度が０．７を超える画素が、ガス候補像１０２を構成する全画素に対して、６０％を超えれば、ノイズと判定し、６０％以下であれば、ノイズでないと判定する。
【００７４】
本実施形態の主な効果を説明する。図１３を参照して、太陽光や熱源からの熱を反射した物体の像（画像Ｉ１１に含まれる像１０６ａ）の場合、位相類似度が高くなり、ガス像（画像Ｉ１３に含まれる像１０６ｂ）の場合、位相類似度が低くなる。従って、位相類似度を基にすれば、基準画素１０４及び比較画素を含む像（ガス候補像１０２）が、ガス像でないことを判定することができる。本実施形態に係るガス検知用画像処理装置３は、位相類似度を基にして、基準画素１０４及び比較画素を含む像が、ガス像でないことを判定するので、ガスの検知精度を向上させることができる。
【００７５】
ガス候補像１０２を抽出する処理（図１１のステップＳ３）は、上述した処理に限定されない。公知の処理（例えば、先行技術文献である特開２０１２−５８０９３号公報）によって、ガス候補像１０２を抽出してもよいし、以下の処理によって、ガス候補像１０２を抽出してもよい。
【００７６】
抽出部９４は、図１１のステップＳ２で得られた、例えば、図１６の差分データＤ３の絶対値を示すデータを、絶対値データＤ５（例えば、図１７）として算出する。図１６及び図１７において、グラフの縦軸及び横軸は、図５に示すグラフの縦軸及び横軸と同じである。
【００７７】
抽出部９４は、絶対値データＤ５に対して、例えば、図１７の全フレーム（３００フレーム）加算し、絶対値加算データＤ６を算出する。絶対値加算データＤ６で示される画像の一例が、図１８で示す画像Ｉ１４である。
【００７８】
画像Ｉ１４は、図４に示す画像Ｉ２を基にして生成された画像である。画像Ｉ１４を構成する各画素の値は、絶対値加算データＤ６で示される絶対値の加算値である。従って、画像Ｉ１４は、絶対値の加算値を可視化した画像である。絶対値加算データＤ６は、差分データＤ３と比べて、物体像１００やガス像（不図示）がより明確に表れる。所定のしきい値を超える、絶対値の加算値を有する画素で構成される像が、ガス候補像１０２とする。
【００７９】
本実施形態に係るガス検知用画像処理装置３の変形例を説明する。図１１で説明したように、本実施形態に係るガス検知用画像処理装置３では、ガス候補像１０２を抽出し（ステップＳ３）、ガス候補像１０２が、ノイズか否かを判定している（ステップＳ５）。変形例では、ガス候補像１０２を抽出せずに、画像を、予め定められたサイズの複数の領域１１０（所定の領域）に分割し、各領域１１０について、ノイズか否かを判定する。
【００８０】
図１９は、複数の領域１１０に分割された画像Ｉ１及び画像Ｉ２を示す画像図である。画像Ｉ１は、図３に示す画像Ｉ１である。画像Ｉ２は、図４に示す画像Ｉ２である。図２０は、本実施形態の変形例の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１及びステップＳ２の処理は、図１１のステップＳ１及びステップＳ２の処理と同じである。
【００８１】
画像処理部９（図１Ａ）は、図１９に示すように、画像Ｉ１及び画像Ｉ２をそれぞれｎ個の領域１１０（複数の領域）に分割する（ステップＳ１１）。
【００８２】
画像処理部９は、ｉを１とし（ステップＳ１２）、１番目の領域１１０に対して、領域１１０の中央に位置する画素を基準画素１０４ｅとして、位相類似度を算出する（ステップＳ１３）。変形例は、ガス候補像１０２でなく、領域１１０について、位相類似度を算出する。位相類似度を算出する処理は、図１１のステップＳ４と同じである。基準画素１０４ｅは、領域１１０の中央に位置する画素に限定されない。
【００８３】
画像処理部９は、１番目の領域１１０に対して、ノイズか否かを判定する（ステップＳ１４）。判定の仕方は、図１１のステップＳ５と同じである。
【００８４】
画像処理部９は、ｉ＝ｎか否かを判定し（ステップＳ１５）、ｉ＝ｎでなければ（ステップＳ１５でＮｏ）、ｉ＋１をｉとして（ステップＳ１６）、ステップＳ１３の処理をする。
【００８５】
画像処理部９は、ｉ＝ｎであれば（ステップＳ１５でＹｅｓ）、すなわち、ｎ番目の領域１１０（最後の順番の領域１１０）に対して、ステップＳ１４の処理が終了したとき、変形例の動作は終了する。
【００８６】
図２１は、画像Ｉ１５と画像Ｉ１６とを比較した画像図である。画像Ｉ１５は、図１９に示す画像Ｉ１と対応する。画像Ｉ１５を構成する各画素が示す値は、位相類似度である。画像Ｉ１６は、図１９に示す画像Ｉ２と対応する。画像Ｉ１６を構成する各画素が示す値は、位相類似度である。画像Ｉ１５及び画像Ｉ１６は、ステップＳ１３で算出された１番目〜ｎ番目の領域１１０のそれぞれについて、位相類似度を可視化した画像である。
【００８７】
画像Ｉ１５及び画像Ｉ１６を参照して、位相類似度が高くなるに従って、画素が白くなり、位相類似度が低くなるに従って画素が黒くなる。ガスが出ている領域Ｒ１は、灰色で示され、位相類似度が低い。物体が位置する領域Ｒ２の像は、白色で示され、位相類似度が高い。
【００８８】
変形例では、分割された複数の領域１１０の全てについて、位相類似度を算出している（ステップＳ１３）。しかしながらこれに限定されず、ガス検知用画像処理装置３は、分割された複数の領域１１０の全てについて、図１１で説明したガス候補像１０２を抽出する処理をし（ステップＳ３：ガス候補像１０２が領域１１０より大きい場合、ガス候補像１０２の一部が抽出されることになる）、ガス候補像１０２又はその一部が抽出された領域１１０に対して、ステップＳ１３及びステップＳ１４の処理をしてもよい。
【００８９】
本実施形態及び変形例では、ガス候補像１０２や領域１１０を構成する全画素について、位相類似度を算出している。しかしながら、全画素について、位相類似度が算出される必要はない。例えば、縦及び横方向について２画素毎に、位相類似度が算出されてもよい。また、ガス候補像１０２や領域１１０を構成する全画素のうち、位置が離れた二つの画素について、位相類似度が算出されてもよい。このようにすれば、位相類似度が算出される画素の数が減るので、図１１のステップＳ４や図２０のステップＳ１３の処理が高速化される。
【００９０】
本実施形態及び変形例において、第２の算出部９２は、差分データＤ３の波形の位相について、位相類似度を算出している（図１１のステップＳ４、図２０のステップＳ１３）。これに限定されず、第２の算出部９２は、他の物理量変化データ（例えば、時系列画素データＤ１）の波形の位相について、位相類似度を算出してもよい。変形例において、第２の算出部９２が、時系列画素データＤ１の波形について、位相類似度を算出する場合、平均データＤ２（ステップＳ１）及び差分データＤ３（ステップＳ２）を算出する処理が不要となる。
【００９１】
（実施形態の纏め）
上記目的を達成する本実施形態の第１の局面に係るガス検知用画像処理装置は、被写体を複数の時刻で撮影した赤外画像に対して画像処理をするガス検知用画像処理装置であって、前記赤外画像を構成する各画素の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示す物理量変化データを生成する第１の算出部と、前記赤外画像を構成する画素の中から、基準となる基準画素と、前記基準画素と比較するための比較画素とを選択し、前記基準画素の前記物理量変化データの波形の位相と前記比較画素の前記物理量変化データの波形の位相との類似度を示す位相類似度を算出する第２の算出部と、前記位相類似度を基にして、前記基準画素及び前記比較画素を含む像が、ガス像でないことを判定する判定部と、を備える。
【００９２】
本発明者は、ガス像を構成する各画素について、物理量変化データの波形を比較すると、波形の位相が類似しておらず、これに対して、太陽光を反射する物体や熱源からの熱を反射する物体の像を構成する各画素について、物理量変化データの波形を比較すると、波形の位相が類似していることを見出した。太陽光や熱源からの熱を反射した物体の像の場合、位相類似度が高くなり、ガス像の場合、位相類似度が低くなる。従って、位相類似度を基にすれば、基準画素及び比較画素を含む像が、ガス像でないことを判定することができる。本実施形態の第１の局面に係るガス検知用画像処理装置は、位相類似度を基にして、基準画素及び比較画素を含む像が、ガス像でないことを判定するので、ガスの検知精度を向上させることができる。なお、物理量は、例えば、輝度や温度である。位相類似度は、例えば、正規化相互相関を用いて算出することができる。
【００９３】
判定部は、例えば、以下のようにして判定する。判定部は、位相類似度が予め定められた値より大きい場合、ガス像でないと判定する。判定部は、比較画素が複数あり、複数の位相類似度が算出されている場合、予め定められた値より大きい位相類似度の割合が予め定められた第２の値より大きい場合、ガス像でないと判定する。
【００９４】
上記構成において、前記第１の算出部は、前記赤外画像の前記画素データの前記時間軸方向の変化を示す時系列画素データを生成し、前記時系列画素データを前記時間軸方向に沿って平滑化して平滑化データを生成し、前記時系列画素データと前記平滑化データとの差分を示す差分データを前記物理量変化データとして生成する。
【００９５】
差分データは、波形の変動成分を示している。波形の位相が類似しているか否かは、変動成分どうしを比較すれば、判断し易い。この構成は、これを利用して、位相類似度を算出する。差分データの波形は、好ましくは、ゼロクロスする波形（極大値がプラスであり、極小値がマイナスの波形）である。
【００９６】
上記構成において、前記第２の算出部は、前記赤外画像に含まれる所定の領域を構成する画素の中から選択された前記基準画素及び前記比較画素について、前記位相類似度を算出する。
【００９７】
基準画素と比較画素とが距離があまりに離れていると、位相類似度を基にした上記判定の精度が低下する。この構成は、位相類似度を基にした判定の対象を、赤外画像の全体でなく、所定の領域に絞ることにより、上記判定の精度を向上させる。
【００９８】
上記構成において、前記赤外画像に対して所定の画像処理をして、ガス像の候補となるガス候補像を抽出する抽出部をさらに備え、前記第２の算出部は、前記ガス候補像を前記所定の領域として、前記位相類似度を算出する。
【００９９】
この構成は、ガス候補像を所定の領域とする態様である。ガス候補像を抽出する処理としては、例えば、以下の（ａ）、（ｂ）がある。
（ａ）前記被写体を複数の時刻で撮影した前記赤外画像は、フレームが時系列に複数並べられた構造を有するデータであり、前記抽出部は、前記赤外画像を構成する画素のそれぞれについて、前記差分データに対して、所定数の前記フレームを単位とする標準偏差を算出することにより標準偏差データを算出し、前記標準偏差データを基にして、前記ガス候補像を抽出する。
（ｂ）前記被写体を複数の時刻で撮影した前記赤外画像は、フレームが時系列に複数並べられた構造を有するデータであり、前記抽出部は前記赤外画像を構成する画素のそれぞれについて、前記差分データの絶対値を示す絶対値データを算出し、前記絶対値データに対して、所定数の前記フレームを単位とする加算をすることにより絶対値加算データを算出し、前記絶対値加算データを基にして、前記ガス候補像を抽出する。
【０１００】
上記構成において、前記第２の算出部は、前記赤外画像を予め定められたサイズに分割して得られる領域を前記所定の領域として設定して、前記位相類似度を算出する。
【０１０１】
この構成は、赤外画像を予め定められたサイズに分割して得られる領域を、所定の領域とする態様である。
【０１０２】
上記構成において、前記第２の算出部は、前記所定の領域を囲む長方形の中心に位置する画素、前記所定の領域の重心に位置する画素、又は、前記所定の領域を構成する画素の中で、画素が示す値が最大となる画素を、前記基準画素として設定して、前記位相類似度を算出する。
【０１０３】
基準画素としては、（１）所定の領域を囲む長方形の中心に位置する画素、（２）所定の領域の重心に位置する画素、又は、（３）所定の領域を構成する画素の中で、画素が示す値が最大となる画素、がある。画素が示す値とは、例えば、輝度、温度、上述した標準偏差データで示される標準偏差、上述した絶対値加算データで示される絶対値の加算値である。
【０１０４】
上記構成において、前記第１の算出部は、前記赤外画像を予め定められたサイズに分割して得られる領域を前記所定の領域として、前記位相類似度を算出する。
【０１０５】
この構成は、物理量変化データとして、差分データを用いないことを前提とする。基準画素としては、上記（１）〜（３）のいずれかの画素を基準画素にすることができる。
【０１０６】
本実施形態の第２の局面に係るガス検知用画像処理方法は、被写体を複数の時刻で撮影した赤外画像に対して画像処理をするガス検知用画像処理方法であって、前記赤外画像を構成する各画素の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示す物理量変化データを生成し、前記赤外画像を構成する画素の中から、基準となる基準画素と、前記基準画素と比較するための比較画素とを選択し、前記基準画素の前記物理量変化データの波形の位相と前記比較画素の前記物理量変化データの波形の位相との類似度を示す位相類似度を算出する算出ステップと、前記位相類似度を基にして、前記基準画素及び前記比較画素を含む像が、ガス像でないことを判定する判定ステップと、を備える。
【０１０７】
本実施形態の第２の局面に係るガス検知用画像処理方法は、本実施形態の第１の局面に係るガス検知用画像処理装置を方法の観点から規定しており、本実施形態の第１の局面に係るガス検知用画像処理装置と同様の作用効果を有する。
【０１０８】
本実施形態の第３の局面に係るガス検知用画像処理プログラムは、被写体を複数の時刻で撮影した赤外画像に対して画像処理をするガス検知用画像処理プログラムであって、前記赤外画像を構成する各画素の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示す物理量変化データを生成し、前記赤外画像を構成する画素の中から、基準となる基準画素と、前記基準画素を比較するための比較画素とを選択し、前記基準画素の前記物理量変化データの波形の位相と前記比較画素の前記物理量変化データの波形の位相との類似度を示す位相類似度を算出する算出ステップと、前記位相類似度を基にして、前記基準画素及び前記比較画素を含む像が、ガス像でないことを判定する判定ステップと、をコンピュータに実行させる。
【０１０９】
本実施形態の第３の局面に係るガス検知用画像処理プログラムは、本実施形態の第１の局面に係るガス検知用画像処理装置をプログラムの観点から規定しており、本実施形態の第１の局面に係るガス検知用画像処理装置と同様の作用効果を有する。
【０１１０】
本実施形態の第４の局面に係るガス検知用画像処理装置は、被写体を複数の時刻で撮影した赤外画像を記憶する記憶装置と、前記赤外画像を構成する各画素の画素データを基にして定められる物理量の時間軸方向の変化を示す物理量変化データを生成し、前記赤外画像を構成する画素の中から、基準となる基準画素と、前記基準画素と比較するための比較画素とを選択し、前記基準画素の前記物理量変化データの波形の位相と前記比較画素の前記物理量変化データの波形の位相との類似度を示す位相類似度を算出し、前記位相類似度を基にして、前記基準画素及び前記比較画素を含む像が、ガス像でないことを判定するプロセッサーと、を備える。
【０１１１】
本実施形態の第４の局面に係るガス検知用画像処理装置は、本実施形態の第１の局面に係るガス検知用画像処理装置をプロセッサーの観点から規定しており、本実施形態の第１の局面に係るガス検知用画像処理装置と同様の作用効果を有する。
【０１１２】
この出願は、２０１６年６月７日に出願された日本国特許出願特願２０１６−１１３３０６を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
【０１１３】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明によれば、ガス検知用画像処理装置、ガス検知用画像処理方法及びガス検知用画像処理プログラムを提供することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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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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