(57)【要約】      （修正有）【課題】熱源の大きさが赤外線カメラ1画素の検出範囲よりはるかに小さな場合であっても、赤外線カメラの画素数を増やすことなくカメラから熱源までの位置角度を精度良く求める。【解決手段】検出範囲の最も赤外線カメラから遠くにあり、1画素の検出範囲よりもはるかに小さな熱源であっても、赤外線カメラのレンズの焦点をずらし、３画素に赤外線が入射させ３画素が出力するデータの大小を比較することにより精度の高い熱源の角度検出を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線カメラからの出力データを用い熱源方向を検出する方法に於いて、連続する横方向各３画素の出力データの大小関係を調べることでカメラ中心から熱源中心までの横方向角度を求め、連続する縦方向各３画素の出力データの大小関係を調べることでカメラ中心から熱源中心までの縦方向角度を求めることを特徴とする熱源位置角度検出方法。
【請求項２】
検出したい熱源の大きさが赤外線カメラ検出画素1画素の検出面積より小さな場合、連続する横方向、縦方向各３画素に検出熱源から放射される赤外線が入射するように、光学系を設定することを特徴とする熱源位置角度検出方法。
【請求項３】
赤外線カメラを左右及び上下に回転させる回転台を備え、連続する横方向3画素、縦方向３画素の検出画素の関係が設定条件となるまで、カメラを回転させ、その回転角度で正確な赤外線カメラ中心と熱源との角度を求めたことを特徴とする熱源位置角度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線カメラから得られるデータを元にカメラ視野中心から熱源中心までの位置角度を求める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の赤外線カメラから得られるデータを用い熱源位置を求める方法では特開平１０−２４１０７７公報の実施例に見られるように、赤外線カメラから得られる数画素データを元に熱源位置を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２４１０７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の方法で熱源の位置を求めるためには少なくとも求める熱源の大きさに対し数画素以上の画素で熱源を検出する必要があり、赤外線カメラの有効画素数によって検出できる距離、検出できる熱源の大きさに制約があり、より、広範囲な条件で小さな熱源中心までの角度を精度良く検出するためには、より多くの画素を持った高価な赤外線カメラが必要になり、検出システムが高価になってしまう問題がある。もし数画素データではなく1画素データで検出を行おうとすると、1画素の検出範囲よりはるかに検出熱源が小さくなる場合、熱源が画素のどの位置にあるかわからないため、この場合でも検出角度精度が画素密度で決定されてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために本発明の熱源位置角度検出方法は、赤外線カメラの出力データよりカメラの視野中心から熱源中心までの位置角度を検出する方法であって、熱源の大きさが赤外線カメラの1画素の検出範囲より小さくなるような条件であっても、熱源から放射される赤外線が連続した横方向、縦方向各３の赤外線検出画素に入射するよう光学系を設定し３画素が出力する出力データの大小を比較し、カメラの視野中心から熱源中心までの角度を精度良く求める。精度よく求められない位置に熱源があると判断した場合、検出画素に対し精度良く角度が得られる位置に熱源から放射する赤外線が入射するように回転台でカメラを回転し、カメラの視野中心から熱源中心までの角度を精度良く求める。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、熱源の大きさが赤外線カメラ1画素の検出範囲よりはるかに小さな場合であっても、赤外線カメラの画素数を増やすことなくカメラから熱源までの位置角度を精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１に係る熱源位置角度検出方法の実施形態を示す図である。
【図２】熱源が画素の検出範囲よりはるかに小さな状態を表している図である。
【図３】熱源が検出画素の検出範囲よりはるかに小さな場合、熱源の検出角度に誤差が生じてしまうことを表した図である。
【図４】光学系で熱源を膨張させ連続した３画素に赤外線が入射するように設定し、熱源中心が3画素の中心画素の中心に位置する場合を表した図である。
【図５】光学系で熱源を膨張させ連続した３画素に赤外線が入射するように設定し、熱源中心が３画素の左２画素の間に位置する場合を表した図である。
【図６】光学系で熱源を膨張させ連続した３画素に赤外線が入射するように設定し、熱源中心が３画素の右２画素の間に位置する場合を表した図である。
【図７】光学系で熱源を膨張させ連続した３画素に赤外線が入射するように設定し、熱源中心が３画素の中心画素にあり、画素中心より左に位置する場合を表した図である。
【図８】光学系で熱源を膨張させ連続した３画素に赤外線が入射するように設定し、熱源中心が３画素の中心画素にあり、画素中心より右に位置する場合を表した図である。
【図９】光学系で熱源を膨張させ連続した３画素に赤外線が入射するように設定し、熱源中心が３画素の中心画素の中心に位置した場合の３画素の出力の大きさと、検出角度を表した図である。
【図１０】光学系で熱源を膨張させ連続した３画素に赤外線が入射するように設定し、熱源中心が３画素の左２画素の間に位置する場合の３画素の出力の大きさと、検出角度を表した図である。
【図１１】光学系で熱源を膨張させ連続した３画素に赤外線が入射するように設定し、熱源中心が３画素の右２画素の間に位置する場合の３画素の出力の大きさと、検出角度を表した図である。
【図１２】光学系で熱源を膨張させ連続した３画素に赤外線が入射するように設定し、熱源中心が３画素の中心画素にあり、画素中心より右に位置する場合の３画素の出力の大きさと、検出角度を表した図である。
【図１３】光学系で熱源を膨張させ連続した３画素に赤外線が入射するように設定し、熱源中心が３画素の中心画素にあり、画素中心より左に位置する場合の３画素の出力の大きさと、検出角度を表した図である。
【図１４】６４×６４画素を持ち、中心水平方１００度の検出範囲を持つ向赤外線カメラで５０ｍはなれた２５Ｃｍ角火皿を計測し、出力データを画像化した図である。
【図１５】熱源水平方向６４画素のデータをグラフ化した図である。
【図１６】熱源水平方向６４画素のデータをグラフ化した図である。
【図１７】赤外線カメラの画素数での角度分解能を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図２は検出熱源位置における検出画素の範囲を連続して横方向に並ぶ３画素Ａ（検知範囲２０１）、Ｂ（検知範囲２０２）、Ｃ（検知範囲２０３）で表した図である。図２は画素Ｂの検出範囲２０２より熱源２０５がはるかに小さい場合を示している。例えば、水平方向の検出角度１００度、赤外線カメラのコストを下げるため、水平方向の画素数を６４画素とし、検出距離を５０ｍとした場合、Ａ，Ｂ，Ｃ画素の検出範囲の各1辺の長さは約１８６Ｃｍとなる。この時、３３Ｃｍ各のノルマルヘプタンの火炎を熱源とすれば炎の高さを６０Ｃｍとして、熱源の大きさは３３×６０Ｃｍの大きさとなり、この熱源に対し光学系で焦点を合わせてしまえば1画素の検出範囲１８６×１８６Ｃｍよりはるかに小さな熱源となってしまう。そして、このような赤外線カメラが出力するデータでは図３、図１７で示すような検出角度の誤差約１．５９度が発生する。
図３に於いて、画素Ａ，Ｂ，Ｃについて表示している検出範囲面は角度平面に対し垂直であるが理解しやすいようにこのような表現としている。 
【０００９】
本発明では図１で示すように赤外線カメラから遠くに位置する小さな熱源で、検出画素1画素の検出範囲より熱源の大きさが小さくなる場合でも、連続する検出画素縦、横各３画素に対して赤外線が入射するように光学系を調整する、具体的には光学系の焦点をずらし、熱源を光学的に膨張させる。実際に光学系の焦点を合わせた場合は図２で示すように検出画素Ｂの検出範囲２０２より熱源ははるかに小さくなっている。しかし、光学系の焦点をずらすことにより赤外線が入射する範囲が図２の２０５から図1の２０４のように広がり、画素Ａ，Ｂにも赤外線が入射する。
【００１０】
図４から図８に赤外線検出画素Ａ，Ｂ，Ｃの検知範囲に対する熱源位置の違いによる熱源中心位置の例を示していて図中十字で示している部分が熱源中心である。図４は検出画素Ｂの検出範囲の中心に熱源の中心がある場合。検出画素Ｂの中心にあることさえわかれば熱源中心の赤外線カメラ視野中心からの角度はカメラの視野角及び画素数より計算で求めることができる。
図５は検出画素Ｂと検出画素Ａの検出範囲の間に熱源の中心がある場合。検出画素Ｂと検出画素Ａとの間にあることさえわかれば熱源中心の赤外線カメラ視野中心からの角度はカメラの視野角及び画素数より計算で求めることができる。
同様に図６は検出画素Ｂと検出画素Ｃの検出範囲の間に熱源の中心がある場合。検出画素Ｂと検出画素Ｃとの間にあることさえわかれば熱源中心の赤外線カメラ視野中心からの角度はカメラの視野角及び画素数より計算で求めることができる。
【００１１】
図７は画素Ｂの検出範囲の中心より左側に検出熱源の中心がある場合で、この場合、左側にあることがわかっても正確な角度を計算で求めることができない。同様に図８のように画素Ｂの検出範囲の中心より右側に検出熱源の中心がある場合も正確な角度を計算で求めることができない。この場合後に説明する方法で正確な角度を求めることができる。
【００１２】
以下に赤外線カメラの画素の検出範囲と熱源の中心との関係を求める方法について説明する。図９は検出画素Ｂの検出範囲の中心に熱源中心がある場合を示している。図９右の図は各検出素子Ａ，Ｂ，Ｃから出力する検出データの大きさを示している。検出画素Ｂが出力するデータは熱源が中心にあるため最も高い値を出力する。左右の検出画素Ａ、Ｃからの出力は光学系で膨張させた赤外線の一部が均等に画素Ａ，Ｃに入射するため、画素Ｂからの出力よりは低い値で  Ｂ＞（Ａ≒Ｃ）の関係になる。このような関係がある場合熱源中心は検出画素Ｂの検出範囲の中心に位置していると判断でき、例えば、水平方向の検出角度１００度、水平方向の画素数を６４画素とし、図１７で示すように視野中心から検出画素中心が約１．５９度ごとに配置してある場合で、検出画素Ｂが視野中心から１０番目の画素であるならば、熱源の位置角度１０１は視野中心から水平方向９＊１．５９＋０．８≒１５．１度の角度に位置していると計算できる。
【００１３】
図１０は検出画素Ｂと検出画素Ａの検出範囲の間に熱源中心がある場合を示している。図１０右の図は各検出素子Ａ，Ｂ，Ｃから出力する検出データの大きさを示している。検出画素Ａ，Ｂが出力するデータは熱源中心が検出画素Ａ，Ｂの間にあるため高い値を出力しながらＡ≒Ｂの関係があり。検出画素Ｃからの出力は光学系で膨張させた赤外線がほとんど入射しないため、画素Ａ，Ｂからの出力よりは低い値で（Ａ≒Ｂ）＞＞Ｃの関係になる。このような関係がある場合熱源中心は検出画素Ａ、Ｂの検出範囲の間に位置していると判断でき、例えば、水平方向の検出角度１００度、水平方向の画素数を６４画素とし、視野中心から検出画素中心が１．５９度ごとに配置してある場合で、検出画素Ｂが視野中心から１０番目の画素であるならば、熱源の位置角度１０２は視野中心から水平方向１５．１＋０．８≒１５．９度の角度に位置していると計算できる。
【００１４】
図１１は検出画素Ｂと検出画素Ｃの検出範囲の間に熱源中心がある場合を示している。図１１右の図は各検出素子Ａ，Ｂ，Ｃから出力する検出データの大きさを示している。検出画素Ｂ，Ｃが出力するデータは熱源中心が検出画素Ａ，Ｂの間にあるため高い値を出力しながらＢ≒Ｃの関係があり。検出画素Ａからの出力は光学系で膨張させた赤外線がほとんど入射しないため、画素Ｂ、Ｃからの出力よりは低い値で（Ｂ≒Ｃ）＞＞Ａの関係になる。このような関係がある場合熱源中心は検出画素Ｂ、Ｃの検出範囲の間に位置していると判断でき、例えば、水平方向の検出角度１００度、水平方向の画素数を６４画素とし、視野中心から検出画素中心が１．５９度ごとに配置してある場合で、検出画素Ｂが視野中心から１０番目の画素であるならば、熱源の位置角度１０３は視野中心から水平方向１５．１−０．８≒１４．３度の角度に位置していると計算できる。
【００１５】
図１２は検出画素Ｂの検出範囲の中心より左に熱源中心がある場合を示している。図１２右の図は各検出素子Ａ，Ｂ，Ｃから出力する検出データの大きさを示している。検出画素Ｂが出力するデータは熱源中心がＢの検出範囲内にあるため最も高い値を出力する。左右の検出画素Ａ、Ｃからの出力は光学系で膨張させた赤外線の一部がＡ＞Ｃの関係で入射するため、画素Ｂからの出力よりは低い値で  Ｂ＞Ａ＞Ｃの関係になる。このような関係がある場合熱源中心は検出画素Ｂの検出範囲の中心より左に位置していると判断できるが中心からどの程度離れているかはわからない。そこでカメラを固定している回転台を熱源中心が画素Ｂの検出範囲の中心になるように左方向に回転させる。検出範囲の中心に来たかどうかは各画素Ａ，Ｂ，Ｃからの出力が図９のようにＢ＞＞（Ａ≒Ｃ）の関係になったかどうかで判断できる。回転角度が水平方向０．５度であったとするならば、視野中心からの水平角度１０４は１５．６度と求めることができる。
【００１６】
図１３は検出画素Ｂの検出範囲の中心より右に熱源中心がある場合を示している。図１３右の図は各検出素子Ａ，Ｂ，Ｃから出力する検出データの大きさを示している。検出画素Ｂが出力するデータは熱源中心が検出範囲内にあるため最も高い値を出力する。左右の検出画素Ａ、Ｃからの出力は光学系で膨張させた赤外線の一部がＡ＜Ｃの関係で入射するため、画素Ｂからの出力よりは低い値で  Ｂ＞Ｃ＞Ａの関係になる。このような関係がある場合熱源中心は検出画素Ｂの検出範囲の中心より右に位置していると判断できるが中心からどの程度離れているかはわからない。そこでカメラを固定している回転台を熱源中心が画素Ｂの検出範囲の中心になるように右方向に回転させる。検出範囲の中心に来たかどうかは各画素Ａ，Ｂ，Ｃからの出力が図９のようにＢ＞＞（Ａ≒Ｃ）の関係になったかどうかで判断できる。回転角度が水平右方向０．５度であったとするならば、視野中心からの水平角度１０５は１４．６度と求めることができる。
【００１７】
図１４は本発明の実施例１で説明した６４×６４画素を持ち、中心部の水平方向の検知角度１００度の赤外線カメラを使用し、５０ｍ離れた位置で２５Ｃｍ角の火皿から放射される赤外線データを取得し、データを画像化したものである。
図１５はこのデータのうち水平方向６４画素分のデータをグラフ化したものである。このデータにおいて中心部から左方向２５番目の画素データが最も高く実施例説明のＢの画素に相当する。このデータではＢ＞Ｃ＞Ａの関係があり図１３で示した場合に相当する。
Ｂの画素の角度は２４＊１．５９＊０．８≒３９度でその位置から０．８度の範囲に熱源があると推定できる。そこで、出力データが図１６で示す関係になるまで回転台を右方向に最大で０．８度回転し、その回転角度を３９度から減算すると正確な熱源の角度を求めることができる。
説明では水平方向のみについて説明したが垂直方向の視野中心からの角度も同様の方法で求めることができる。
また、光学系の歪等の影響で計算値よりずれる場合は各画素に対する角度補正値を実測で求め記憶しておいても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明によれば赤外線カメラの画素数の少ない低価格な赤外線カメラを使用した場合でも、遠距離にある熱源、火炎の位置角度を回転台と組み合わせることによりわずかな回転台の回転角度で早く精度良く求めることができ、いち早く消化装置に正確な位置角度情報を提供できるようになる。
【符号の説明】
【００１９】
１０１  熱源中心が検出画素Ｂの検出範囲の中心にある場合に於ける視野中心からの水平角度。
１０２  熱源中心が検出画素Ａ，Ｂの検出範囲の間にある場合に於ける視野中心からの水平角度。
１０３  熱源中心が検出画素Ｂ，Ｃの検出範囲の間にある場合に於ける視野中心からの水平角度。
１０４  熱源中心が検出画素Ｂの検出範囲中心より左にある場合に於ける視野中心からの水平角度。
１０５  熱源中心が検出画素Ｂの検出範囲中心より右にある場合に於ける視野中心からの水平角度。
２０１  検出画素Ａの検出範囲
２０２  検出画素Ｂの検出範囲
２０３  検出画素Ｃの検出範囲
２０５  検出熱源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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