(57)【要約】      （修正有）【課題】物体、特に、高温柱状物体その他の高温物体の観測方法における三次元熱データの作成方法を提供する。【解決手段】長波長光のみを透過する光学フィルタを備えた２台以上のＣＣＤカメラを間隔をあけて配置し、物体を同時に観測することにより、取得された画像に基づいて、実測温度データ付き二次元座標データを作成し、データの相互間において、マッチング座標を検出し、前記マッチング座標に関して、二次元座標データに基づいて三次元絶対座標値を求めると共に、実測温度データの統計処理に基づいて統計温度値を求め、該マッチング座標における統計温度データ付き三次元座標データを作成し、前記マッチング座標において求めた統計温度データ付き三次元座標データに基づいて、マッチング座標を含む実測温度データ付き二次元座標データから推定温度データ付き三次元座標データを作成する。【選択図】        図２
2004264170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長波長光のみを透過する光学フィルタを備えた２台以上のＣＣＤカメラを間隔をあけて配置し、該ＣＣＤカメラで物体を同時に観測することにより、それぞれのＣＣＤカメラにより取得された画像に基づいて、実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））を作成する工程と、
前記実測温度データ付き二次元座標データの相互間において、マッチング座標（ｐｋ（ｘｋ−１、ｙｋ−１、ｔｋ−１））及び（ｐｋ（ｘｋ−２、ｙｋ−２、ｔｋ−２））を検出する工程と、
前記マッチング座標に関して、二次元座標データ（ｘｋ−１、ｙｋ−１）（ｘｋ−２、ｙｋ−２）に基づいて三次元絶対座標値（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ））を求めると共に、実測温度データ（ｔｋ−１）（ｔｋ−２）の統計処理に基づいて統計温度値（Ｔｋ）を求めることにより、該マッチング座標における統計温度データ付き三次元座標データ（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ、Ｔｋ））を作成する工程と、
前記マッチング座標において求めた統計温度データ付き三次元座標データに基づいて、マッチング座標を含む実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））の何れか一方又は双方から推定温度データ付き三次元座標データ（Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ、Ｔｎ））を作成する工程とから成ることを特徴とする物体の観測方法における三次元熱データの作成方法。
【請求項２】
マッチング座標に関して、実測温度データ（ｔｋ−１）（ｔｋ−２）の統計処理に基づいて統計温度値（Ｔｋ）を求めるに際して、実測温度データを平均処理（Ｔｋ＝（ｔｋ−１＋ｔｋ−２）／２）することを特徴とする請求項１に記載の物体の観測方法における三次元熱データの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体、特に、高温柱状物体その他の高温物体の観測方法における三次元熱データの作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ガラス成形品のためのガラスゴブの成形プロセスにおいては、成形の直後に落下するガラスゴブの三次元形状や温度分布を観測し測定することが、当該プロセスの適否を評価するために重要である。また、石炭ガス化プロセスにおいては、廃物として圧力容器から流出されるスラグの三次元形状や温度分布を観測し測定することが、当該プロセスの適否を評価するために重要である。
【０００３】
そこで、このようなガラスゴブやスラグ等の高温柱状物体は、ＣＣＤカメラで観測することにより、その表面形状を測定することができる。例えば、本出願人が提案した特開２００２−９０１２５によれば、ＣＣＤカメラで観測した画像に基づいて、柱状物体の表面形状と、軸線の方向性と、体積のうち少なくとも一つを評価することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような各種のプロセスを評価するためは、高温物体の三次元形状だけでなく、その温度分布を測定することが必要である。プロセスの適否は、生成された高温物体の表面温度分布として現れるからである。
【０００５】
ところが、従来技術の場合、高温物体の三次元形状は、ＣＣＤカメラにより測定することができるが、高温物体の表面温度は、別途、放射温度計等の温度測定手段により行わざるを得ない。
【０００６】
このため、ＣＣＤカメラによる観測工程と、温度測定手段による測温工程を別々に行う必要があり、作業が煩雑である。しかも、ＣＣＤカメラにより取得した三次元形状データと、温度測定手段により取得した温度データが別々に作成されるため、１つの高温物体における三次元形状の表面に現れる温度分布を評価することができない。そして、この点の評価を可能にするためには、このような独立した２つのデータを合成する等、困難なデータ処理を伴うことになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決し、高温物体の観測に基づいて、該物体の三次元形状と、その三次元形状の表面に反映される温度分布を、１つのデータに含ましめた三次元熱データを作成する方法を提供するものである。
【０００８】
そこで、本発明が手段として構成したところは、長波長光のみを透過する光学フィルタを備えた２台以上のＣＣＤカメラを間隔をあけて配置し、該ＣＣＤカメラで高温物体を同時に観測することにより、それぞれのＣＣＤカメラにより取得された画像に基づいて、実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））を作成する工程と、前記実測温度データ付き二次元座標データの相互間において、マッチング座標（ｐｋ（ｘｋ−１、ｙｋ−１、ｔｋ−１））及び（ｐｋ（ｘｋ−２、ｙｋ−２、ｔｋ−２））を検出する工程と、前記マッチング座標に関して、二次元座標データ（ｘｋ−１、ｙｋ−１）（ｘｋ−２、ｙｋ−２）に基づいて三次元絶対座標値（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ））を求めると共に、実測温度データ（ｔｋ−１）（ｔｋ−２）の統計処理に基づいて統計温度値（Ｔｋ）を求めることにより、該マッチング座標における統計温度データ付き三次元座標データ（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ、Ｔｋ））を作成する工程と、前記マッチング座標において求めた統計温度データ付き三次元座標データに基づいて、マッチング座標を含む実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））の何れか一方又は双方から推定温度データ付き三次元座標データ（Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ、Ｔｎ）を作成する工程とから成る点にある。
【０００９】
マッチング座標に関し、実測温度データ（ｔｋ−１）（ｔｋ−２）の統計処理に基づいて統計温度値（Ｔｋ）を求めるに際して、実測温度データは、平均処理（Ｔｋ＝（ｔｋ−１＋ｔｋ−２）／２）される。これにより測定精度の高い統計温度データ（Ｔｋ）を作成され、その結果、測定精度の高い推定温度データ付き三次元座標データ（Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ、Ｔｎ）が作成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。
【００１１】
図１に示すように、高温物体３は、間隔をあけて配置された複数台のＣＣＤカメラにより観測され、それぞれ画像を取得される。図例の場合、２台のＣＣＤカメラ１、２を示しているが、３台以上でも良い。
【００１２】
図示省略しているが、ＣＣＤカメラ１、２は、赤外光等の長波長光のみを透過する光学フィルタを備えている。従って、それぞれのカメラのＣＣＤ１ａ、１ｂには、可視光を除去された長波長光に基づく熱画像としての画像が投影され、画像の明暗は、高温物体３から放射された放射輝度を表す。尚、光学フィルタを設ける位置は、カメラのレンズの前方でも良く又は後方でも良い。
【００１３】
図示のように、被写体とされた高温物体３の実際の空間座標としての三次元座標上における点を絶対座標Ｐｉ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）とすると、カメラ１及びカメラ２のそれぞれの写真座標（レンズ中心を原点とする座標系であり、ＣＣＤフィルムの中心をｘ軸とｙ軸の交点とした座標系）に、点ｐｉ−１（ｘｉ−１、ｙｉ−１）及びｐｉ−２（ｘｉ−２、ｙｉ−２）として現れる。
【００１４】
従って、カメラ１により取得された高温物体３の写真画像に含まれる画素に対応する点の集合から成るデータに基づいて、各点に関して二次元座標データ（ｘ、ｙ）と実測温度データ（ｔ）を組み合わされた実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））が作成される。同様に、カメラ２についても、写真画像の画素毎に二次元座標データ（ｘ、ｙ）と実測温度データ（ｔ）を組み合わされた実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））が作成される。
【００１５】
そこで、図１に例示するように、カメラ１は、基準点に対する所定の位置ο１  において回転角ω１  、φ１  、κ１  を有して固定されており、カメラ２は、基準点に対する所定の位置ο２  において回転角ω２  、φ２  、κ２  を有して固定されている。因に、図中の−ｃは焦点距離である。従って、カメラ１の設定条件（位置及び傾き）Ｃ１  （Ｘ１  、Ｙ１  、Ｚ１  、ω１  、φ１  、κ１  ）と、カメラ２の設定条件（位置及び傾き）Ｃ２  （Ｘ２  、Ｙ２  、Ｚ２  、ω２  、φ２  、κ２  ）から、カメラ１の写真画像から作成された二次元座標データ（ｐｎ−１（ｘｎ−１、ｙｎ−１））とカメラ２の写真画像から作成された二次元座標データ（ｐｎ−２（ｘｎ−２、ｙｎ−２））のうち、相互に二次元座標がマッチングする点ｐｋ（（ｘｋ−１、ｙｋ−１）及びｐｋ（ｘｋ−２、ｙｋ−２））を検出することにより、該マッチング点における三次元座標値（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ））を計算により求めることができる。このような二次元座標値から三次元座標値を求める方法は、デジタル画像計測による測量等におけるエリアマッチング法や特徴量マッチング法として公知であるから、詳細は省略する。
【００１６】
上述のように、本発明において、ＣＣＤカメラ１及びＣＣＤカメラ２は、被写体としての高温物体３について、長波長光による画像を取得しているので、このような画像に基づいてそれぞれ作成された実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））には、実測温度データ（ｔ）が具備されている。従って、二次元座標データの相互間で検出されたマッチング座標には、完全にマッチングする二次元座標（ｘｋ−１、ｙｋ−１）及び（ｘｋ−２、ｙｋ−２）と、マッチングするか又はマッチングしない実測温度値（ｔｋ−１）及び（ｔｋ−２）が含まれている。そこで、二次元座標（（ｘｋ−１、ｙｋ−１）及び（ｘｋ−２、ｙｋ−２）から三次元座標値（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ））を求める一方において、実測温度データ（ｔｋ−１）（ｔｋ−２）を統計処理することにより、統計温度値（Ｔｋ）が求められる。統計処理は、例えば、実測温度データを平均処理（Ｔｋ＝（ｔｋ−１＋ｔｋ−２）／２）することにより行われる。従って、カメラが３台以上、即ち、ｎ台であるとすると、ｎ個の実測温度データが平均処理されるので、統計温度値（Ｔｋ）の精度は更に向上する。
【００１７】
上記を要約すると、カメラ１及びカメラ２により実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））を作成した後、それぞれの実測温度データ付き二次元座標データの相互間において、マッチング座標（ｐｋ（ｘｋ−１、ｙｋ−１、ｔｋ−１））及び（ｐｋ（ｘｋ−２、ｙｋ−２、ｔｋ−２））を検出することにより、当該マッチング座標に関して、二次元座標データ（ｘｋ−１、ｙｋ−１）及び（ｘｋ−２、ｙｋ−２）から三次元絶対座標値（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ））を求めると共に、実測温度データ（ｔｋ−１）（ｔｋ−２）を統計処理することにより統計温度値（Ｔｋ）を求める。従って、これにより、該マッチング座標に関して統計温度データ付き三次元座標データ（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ、Ｔｋ））が作成される。
【００１８】
マッチング座標における統計温度データ付き三次元座標データ（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ、Ｔｋ））が作成されると、カメラ１及びカメラ２により作成された実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））の何れか一方又は双方から推定温度データ付き三次元座標データ（Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ、Ｔｎ））が作成される。
【００１９】
即ち、座標データに関しては、マッチング座標以外の二次元座標（ｘｉ−１、ｙｉ−１）及び（ｘｉ−２、ｙｉ−２）が相互にマッチングしていなくても、マッチング座標において算出された三次元座標値（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）に基づいて推定三次元座標値が計算により求められる。このような方法は、デジタル画像計測による測量等におけるエリアマッチング法や特徴量マッチング法として公知であるから、詳細は省略する。
【００２０】
本発明において、温度データに関しては、マッチング座標において統計処理により算出された統計温度値（Ｔｋ）に基づいて、マッチング座標に近傍する座標部分の推定温度（Ｔｎ）が計算により求められる。例えば、マッチング座標として検出された２つの対応点を結ぶ線上に位置する点の推定温度は、２つの対応点において算出された統計温度値に基づいて直線近似せしめることにより算出することができる。或いは、近接する２つの対応点の間に、特定の関数系が存在する場合は、該関数を用いることにより対応点以外の点の推定温度値を算出することができる。
【００２１】
このようにして、統計温度データ付き三次元座標データ（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ、Ｔｋ））に基づいて、マッチング座標を含む実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））の何れか一方又は双方から推定温度データ付き三次元座標データ（Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ、Ｔｎ））が作成されるので、高温物体３の表面形状に関する三次元座標データと、表面温度分布に関する推定温度データは、１つのデータとして作成される。
【００２２】
以上の工程のフローチャートを図２に示している。本発明によれば、先ず、間隔をあけて配置された２台以上のＣＣＤカメラ１及び２のそれぞれにより、長波長光による画像が取得される（ステップＳ１−１、Ｓ１−２）。
【００２３】
次いで、それぞれのカメラにより取得された画像に基づいて、写真座標上において、二次元座標値（ｘ−１、ｙ−１）及び（ｘ−２、ｙ−２）を備えた二次元座標データ（ｘｎ−１、ｙｎ−１）及び（ｘｎ−２、ｙｎ−２）と、各二次元座標値に付帯せしめられた実測温度（ｔ−１）及び（ｔ−２）を備えた実測温度データ（ｔｎ−１）及び（ｔｎ−２）とから成る「実測温度データ付き二次元座標データ」（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））が作成される（ステップＳ２−１、Ｓ２−２）。即ち、図３に示す表１のように、被写体としての高温物体３の表面における対応点Ｐ１〜Ｐｎについて、カメラ１により取得された画像に関しては、ｐ１−１（ｘ１−１、ｙ１−１、ｔ１−１）〜ｐｎ−１（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１）の実測温度データ付き二次元座標データが作成され、カメラ２により取得された画像に関しては、ｐ１−２（ｘ１−２、ｙ１−２、ｔ１−２）〜ｐｎ−２（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２）の実測温度データ付き二次元座標データが作成される。
【００２４】
引き続き、前記の作成された実測温度データ付き二次元座標データの相互間において、マッチング座標（ｐｋ（ｘｋ−１、ｙｋ−１、ｔｋ−１））及び（ｐｋ（ｘｋ−２、ｙｋ−２、ｔｋ−２））が検出される（ステップＳ３）。即ち、図３の表１に示すように、カメラ１により取得された画像に基づいて作成された実測温度データ付き二次元座標データｐ１−１（ｘ１−１、ｙ１−１、ｔ１−１）〜ｐｎ−１（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１）と、カメラ２により取得された画像に基づいて作成された実測温度データ付き二次元座標データｐ１−２（ｘ１−２、ｙ１−２、ｔ１−２）〜ｐｎ−２（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２）のうちから、相互に二次元座標値（ｘｋ−１、ｙｋ−１）及び（ｘｋ−２、ｙｋ−２）が合致する点ｐｋ−１及びｐｋ−２を検出する。通常、このようなマッチング点Ｐｋ（ｐｋ−１）及び（ｐｋ−２）は、多数検出されるが、多ければ多いほど良い。
【００２５】
そこで、検出されたマッチング点Ｐｋに関して、二次元座標データ（ｘｋ−１、ｙｋ−１）（ｘｋ−２、ｙｋ−２）に基づき計算により三次元絶対座標値（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ））が求められ（ステップＳ４）、また、実測温度データ（ｔｋ−１）（ｔｋ−２）の統計処理に基づき統計温度値（Ｔｋ）が求められる（ステップＳ５）。その結果、該マッチング座標における統計温度データ付き三次元座標データ（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ、Ｔｋ））が作成される（ステップＳ６）。
【００２６】
このようにして作成されたマッチング座標における統計温度データ付き三次元座標データ（Ｐｋ（Ｘｋ、Ｙｋ、Ｚｋ、Ｔｋ））から、マッチング座標を含む実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））の一方又は双方における全ての座標値と温度値が計算により推定値に変換され、推定温度データ付き三次元座標データ（Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ、Ｔｎ））が作成される（ステップＳ７）。即ち、図３の表１に示すように、対応点Ｐ１〜Ｐｎの全てについて、推定温度データ付き三次元座標データ（Ｐ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１、Ｔ１））〜（Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ、Ｔｎ））が作成される。尚、本発明がコンピュータ処理により実行される場合、ステップＳ２−１及びＳ２−２の開始から、ステップＳ３〜Ｓ７までの工程は、同時進行的に行われる。
【００２７】
本発明により作成された推定温度データ付き三次元座標データは、グラフその他の種々の表示形式に適用し、ディスプレイ表示又は印刷表示することができるが、三次元グラフィックデータを作成することが好ましく（ステップＳ８）、最終的にはデータとして保存される（ステップＳ９）。図４にグラフィックの１例を部分的に示しているように、三次元グラフィックを表示する線又は点を構成する三次元座標データは、三次元座標値に対して１対１の関係で温度値を有しているので、図例のように温度変化に応じて、線又は点の太さを変化せしめたり、線又は点の色を変化せしめることにより、全体の表面形状と温度分布を同時に一目で視認することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のＣＣＤカメラを使用して作成された実測温度データ付き二次元座標データ（ｐｎ（ｘｎ−１、ｙｎ−１、ｔｎ−１））及び（ｐｎ（ｘｎ−２、ｙｎ−２、ｔｎ−２））に基づいて、推定温度データ付き三次元座標データ（Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ、Ｔｎ））を作成するので、物体の三次元形状と、その三次元形状の表面に反映される温度分布を、１つのデータに含ましめた三次元熱データを容易且つ安価に作成できるという利点があり、これにより、１つの高温物体における三次元形状と該形状の表面に現れる温度分布を同時に評価することができるという効果がある。このため、種々の物体の成形プロセスや、各種設備におけるプロセスの迅速な評価に資する他、ゴミ集積場のような広域エリアにおいては、被測定物の堆積状況のモニタリングと同時に、異常高温による火災防止等に大きく貢献できる。
【００２９】
特に、本発明によれば、推定温度データ付き三次元座標データ（Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ、Ｔｎ））を作成するに際して、実測温度データ付き二次元座標データから検出したマッチング座標（ｐｋ（ｘｋ−１、ｙｋ−１、ｔｋ−１））及び（ｐｋ（ｘｋ−２、ｙｋ−２、ｔｋ−２））に基づいて、実測温度データ（ｔｋ−１）（ｔｋ−２）を統計処理することにより統計温度値（Ｔｋ）を求める構成であり、具体的には実測温度データを平均処理（Ｔｋ＝（ｔｋ−１＋ｔｋ−２）／２）することにより統計温度値（Ｔｋ）を求める構成であるから、測定精度の高い統計温度データ（Ｔｋ）の作成が可能であり、これを推定温度としてデータ中に反映するので、極めて信頼性の高い推定温度データ付き三次元座標データ（Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ、Ｔｎ））を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法における物体とカメラの関係を示す説明図である。
【図２】本発明方法の１例における工程を示すフローチャートである。
【図３】本発明方法における実測データと作成データの１例を示す表である。
【図４】本発明方法により作成されたデータを用いて表示した三次元グラフィックの１例を部分的に示す説明図である。
【符号の説明】
１、２  ＣＣＤカメラ
３    物体
【図１】
2004264170.tif 000003
【図２】
2004264170.tif 000004
【図３】
2004264170.tif 000005
【図４】
2004264170.tif 000006