(57)【要約】【課題】高線量高湿度環境下で撮影した画像に対し、放射線による輝度ノイズと落下水滴が映り込んだ水滴ノイズを、効果的に、かつ少ないフレームで除去することが可能な画像のノイズ除去方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる高線量高湿度環境下で撮影した画像のノイズ除去方法の代表的な構成は、先端に撮像素子を備えた工業用内視鏡を用いて連続的に撮像し、各フレームの画像に対してメディアンフィルタを適用することによって輝点ノイズを除去し、メディアンフィルタを適用した後の複数のフレームの画像に対して最小値フィルタを適用することによって水滴ノイズを除去し、最小値フィルタを適用した後の複数の画像に対して積算平均化処理を行うことによって白色ノイズを除去することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に撮像素子を備えた工業用内視鏡を用いて連続的に撮像し、
各フレームの画像に対してメディアンフィルタを適用することによって輝点ノイズを除去し、
メディアンフィルタを適用した後の複数のフレームの画像に対して最小値フィルタを適用することによって水滴ノイズを除去し、
最小値フィルタを適用した後の複数の画像に対して積算平均化処理を行うことによって白色ノイズを除去することを特徴とする、高線量高湿度環境下で撮影した画像のノイズ除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉格納容器または原子炉圧力容器において、高線量高湿度環境下で撮影した画像からノイズを除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所は、幾重もの安全設計が施され、厳重な運用がなされているが、それでも事故が発生する場合がある。通常の設備や操作によって炉心の冷却や制御ができなくなり、その結果として炉心の重大な損傷に至る事故は、過酷事故（シビアアクシデント）と呼ばれている。
【０００３】
過酷事故が発生した場合に、内部の様子がどのようになっているかを知る必要がある。しかしながら過酷事故の状況下では、放射線漏れを防止するために、原子炉格納容器や原子炉圧力容器（以下、あわせて「原子炉」という。）を開放できない場合がある。そのような場合には肉眼による観察はできないため、カメラで撮影することになる。
【０００４】
特許文献１には、原子炉圧力容器内の水中の画像を撮影して、内部の冷却水の流動場を検知する構成が記載されている。特許文献１では、カメラは放射線が到達しない場所に設置して、伝送ケーブル（光ファイバ）のみを水中に挿入する構成となっている。これにより特許文献１では、カメラが放射線（ガンマ線）をノイズとして拾って画像が劣化することを防止するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０１７６１６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、特許文献１のように光ファイバを用いて撮影する場合、画素数が光ファイバの本数に依存することから解像度が必然的に粗くなり、内部の様子を知るには不十分となってしまう。そこでＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を原子炉内に直接挿入すれば、高解像度での撮影が可能である。
【０００７】
ところが、原子炉の内部の放射線量は極めて高線量である。このため原子炉内に撮像素子を挿入すると、放射線にさらされておびただしい数の小さく鋭く光るノイズ（以下、「輝点ノイズ」という。）が発生し、画像に写っているものを判別しづらいという問題がある。輝点ノイズの原因は、放射線が撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳ）を通過する際に、放射線によって光電素子が励起され、画素単位で飽和（サチュレート）してしまうためである。
【０００８】
また密閉空間である原子炉格納容器の内部は、燃料の崩壊熱が滞留水（冷却水）を蒸発させるため、常時多量の水滴が落下していて、画像内に映り込んでしまう（以下、「水滴ノイズ」という。）という問題がある。そこで、輝点ノイズだけではなく、水滴をも除去した画像を取得したいという要請がある。水滴は厳密にはノイズではないが、内部の機器の視認性を悪くしていることには代わりがないため、本出願ではノイズとして取り扱う。
【０００９】
なお、高線量下に光ファイバを挿入すると、光ファイバに含まれる不純物が放射線によってシンチレーション光を生じ、大きなフラッシュのようなノイズが生じる。過酷事故の状況下では核反応が抑えきれないため、定期検査のときよりもはるかに高い線量下での撮影を行うことになる。したがって特許文献１のように光ファイバを用いたとしても、画像に乗るノイズを抑えことができない。
【００１０】
ここで輝点ノイズや水滴ノイズはいずれも突発的かつ瞬間的であるから、一般的なノイズ除去の手法としては、積算平均（加算平均）を行うことが考えられる。しかし輝点ノイズや水滴ノイズは強く明るいため、積算平均によってこれを除去するには多くのフレーム数を必要とする。このため、定点観測のように撮影方向を固定したものに対しては有効であるが、内視鏡の先端を振って撮影した動画像を処理するには適さない。すなわち、できるだけ少ないフレーム数で輝点ノイズや水滴ノイズを除去する必要がある。
【００１１】
さらに、輝点ノイズは１画素〜数画素の小さなノイズであり、水滴ノイズは帯状の面積が大きなノイズである。このため、既知のフィルタでこれらを両方とも効果的に取り除けるものは知られていない。
【００１２】
そこで本発明は、高線量高湿度環境下で撮影した画像に対し、放射線による輝度ノイズと落下水滴が映り込んだ水滴ノイズを、効果的に、かつ少ないフレームで除去することが可能な画像のノイズ除去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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明にかかる高線量高湿度環境下で撮影した画像のノイズ除去方法の代表的な構成は、先端に撮像素子を備えた工業用内視鏡を用いて連続的に撮像し、各フレームの画像に対してメディアンフィルタを適用することによって輝点ノイズを除去し、メディアンフィルタを適用した後の複数のフレームの画像に対して最小値フィルタを適用することによって水滴ノイズを除去し、最小値フィルタを適用した後の複数の画像に対して積算平均化処理を行うことによって白色ノイズを除去することを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、放射線による輝度ノイズと落下水滴が映り込んだ水滴ノイズを効果的に除去することができる。したがって、原子炉内を撮影した画像から、極めて鮮明な画像を得ることができる。また、単なる積算平均より飛躍的に少ないフレームで処理することができるため、撮像素子を移動させながら撮影した動画像からもノイズを除去することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高線量高湿度環境下で撮影した画像に対し、放射線による輝度ノイズと落下水滴が映り込んだ水滴ノイズを、効果的に、かつ少ないフレームで除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】画像のノイズ除去方法が適用される原子炉の概略構成を説明する図である。
【図２】撮影した画像の例を示す図である。
【図３】ノイズ除去方法を説明するブロック図である。
【図４】フィルタ適用後の画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
図１は、本実施形態における画像のノイズ除去方法が適用される原子炉の概略構成を説明する図である。以下では、理解を容易にするために沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）を例示して説明するが、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）についても本実施形態を適用可能である。
【００１９】
原子炉建屋１００には原子炉格納容器１０２が設置され、その中に原子炉圧力容器１０４が設置されている。原子炉格納容器１０２の下方にはサプレッションプール１０６（圧力抑制室ともいう）が設けられていて、過剰な蒸気をサプレッションプール１０６内の水に注入することによって圧力を下げることができる。
【００２０】
原子炉圧力容器１０４は、ウラン等からなる燃料棒を束ねた燃料集合体１０８を収容する。原子炉圧力容器１０４に収容された燃料集合体１０８は、臨界に達して、容器内部に充填された水（炉水）を加熱し蒸気を発生させる。
【００２１】
図１は事故時の状態を示している。図中では原子炉格納容器１０２の底部、原子炉圧力容器１０４の内部およびサプレッションプール１０６の部屋に水が溜まっているように描いている。なお通常の運転中は、原子炉格納容器１０２は窒素充填され、サプレッションプール１０６内部には適量の水が保有されている。過酷事故の状況下では、原子炉格納容器１０２および原子炉圧力容器１０４の内部には、放射線の遮蔽と炉心の冷却を図るために冷却水が注入されることになり、図示のように滞留水１１０、１１２が滞留する。
【００２２】
過酷事故の状況下では、原子炉格納容器１０２および原子炉圧力容器１０４の内部の様子を知ることが重要である。原子炉格納容器１０２および原子炉圧力容器１０４の内部の様子を画像によって知ることで、損壊具合を確認できる。
【００２３】
そこで原子炉格納容器１０２または原子炉圧力容器１０４の内部を工業用内視鏡１１６を挿入して、内部の様子を撮影する。工業用内視鏡１１６は、検査用の孔１１４に挿入されるケーブル１１８と、ケーブル１１８の先端に接続された撮像部１２０とを備える。撮像部１２０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を含む。
【００２４】
ただし原子炉の内部の放射線量は極めて高線量である。このため原子炉内に撮像素子を挿入すると、放射線にさらされておびただしい数の小さく鋭く光る輝点ノイズが発生する。また原子炉格納容器１０２および原子炉圧力容器１０４は、いずれも密閉容器である。そして燃料の崩壊熱が滞留水１１０、１１２を蒸発させるため、湿度は常に飽和状態となっていて、常時多量の水滴が落下していて、水滴ノイズが画像内に映り込んでしまう。
【００２５】
図２は撮影した画像の例を示す図である。図２に示す写真は、１フレームが１／３０秒で撮像された動画像の１フレームである。図２に示す写真において、画像全体にちらちらと鋭く光るノイズは、「輝点ノイズ」である。また左辺から下辺に向かって流れる白い線は、落下する水滴が映り込んだ「水滴ノイズ」である。この状態では画像が見にくいため、ノイズを除去する必要がある。
【００２６】
図３は本実施形態にかかるノイズ除去方法を説明するブロック図である。図４はフィルタ適用後の画像の例を示す図であって、図４（ａ）はメディアンフィルタ適用後、図４（ｂ）は最小値フィルタ適用後、図４（ｃ）は積載平均化処理適用後の画像である。
【００２７】
図３の左端に縦に並んだ動画像は工業用内視鏡１１６によって連続的に撮像した画像そのものであり、時系列のフレーム画像から構成されている。本実施形態ではこのフレーム画像に対して、３段階の処理を行う。
【００２８】
まず１段階目の処理としては、各フレーム画像Ａ（１〜Ｎ）に対して、メディアンフィルタ処理を適用する。メディアンフィルタとは、対象とする画素を中心としたｍ×ｍ（ｍは整数）の領域を抽出し、領域の各画素の濃度の中間値を対象とする画素の濃度値とするフィルタである。これにより、輝点ノイズを適切に除去することができる。図２と図４（ａ）を比較すると、輝点ノイズが除去されていることがわかる。ただし図４（ａ）では、まだ画面左側に水滴ノイズ（面積の大きな白い領域）が残っていることが観察される。
【００２９】
元のフレーム画像Ａと、メディアンフィルタ適用後の画像Ｂとは１対１で対応し、遅れは生じない。
【００３０】
２段階目の処理としては、メディアンフィルタを適用した後の複数のフレームの画像Ｂに対して最小値フィルタを適用する。最小値フィルタとは、複数のフレーム画像で同じ画素を比較し、最小値をその画素の濃度値とするフィルタである。これによって、通過する水滴の軌跡である水滴ノイズを適切に除去することができる。図４（ａ）（ｂ）を比較すると、画面左側にあった水滴ノイズが除去されていることがわかる。
【００３１】
ｎ１枚の画像Ｂを用いて最小値フィルタをかけた場合、最小値フィルタ適用後の画像Ｃは（ｎ１−１）枚分の遅れが生じる。ｎ１は、例えば３枚〜５枚とすることができる。３枚より少ないと水滴が通過していない場合があり、５枚より多いとカメラが動いてしまっている可能性が高まるためである。
【００３２】
３段階目の処理としては、最小値フィルタを適用した後の画像Ｃに対して積算平均化処理を適用する。積算平均化処理とは、複数のフレーム画像で各画素を積算して平均を取る処理である。これによって、画像全体にかかった白色ノイズ（不規則に入り込むノイズ）を適切に除去することができる。図４（ｂ）（ｃ）を比較すると、不規則なノイズが除去されて、非常に滑らかな画像が得られていることがわかる。
【００３３】
ｎ２枚の画像Ｃを用いて積算平均化処理を行った場合、積算平均化処理後の画像Ｄは（ｎ１＋ｎ２−２）枚分の遅れを生じる。ｎ２は、例えば５枚〜３０枚とすることができる。５枚より少ないと白色ノイズを取る効果が得にくくなり、３０枚より多いとカメラが動いてしまっている可能性が高まるためである。
【００３４】
上記３段階の処理は、どの処理をどの順番で行うかが重要である。
【００３５】
まずメディアンフィルタにおいては、面積の小さな輝度ノイズは除去できるが、面積の大きな水滴ノイズは除去することができない。一方、メディアンフィルタをなくするか、または最小値フィルタを先に行うと、輝度ノイズの輝点の周囲に存在する黒い縁が残ってしまって、除去できなくなってしまう。したがってメディアンフィルタと最小値フィルタを、この順序で適用することが重要である。
【００３６】
さらに、メディアンフィルタおよび最小値フィルタでは、もともと乗っている白色ノイズを除去することができない。この白色ノイズは積算平均化処理で適切に除去することができ、解像感の高い画像を得ることができる。しかしメディアンフィルタおよび最小値フィルタをなくして、積算平均化処理のみとすると、輝点ノイズや水滴ノイズは強く明るいため、積算平均によってこれを除去するには多くのフレーム数を必要とする。このため、定点観測のように撮影方向を固定したものに対しては有効であるが、内視鏡の先端を振って撮影した動画像を処理するには適さない。例えば積算平均のみによって輝度ノイズおよび水滴ノイズを除去しようとした場合１０００枚程度のフレーム数が必要であり、本実施形態によれば多くても（ｎ１＋ｎ２−１）＝３４枚程度であるから、本実施形態の方がフレーム数が飛躍的に少なくて済むことがわかる。このように少ないフレーム数で処理することが可能であることから、カメラを動かしながら撮影した動画像であっても好適に処理することが可能である。
【００３７】
以上のことから、メディアンフィルタ、最小値フィルタ、積算平均化処理を、この順に適用することにより、高線量高湿度環境下で撮影した画像からノイズを少ないフレーム数で適切に除去することができる。これにより、図４（ｃ）に示すようにノイズがほとんどないクリアな画像を得ることができる。図４（ｃ）に示す画像を図２に示すフィルタ適用前の写真と比較すれば、輝度ノイズおよび水滴ノイズがほぼ完全に除去され、配管類が鮮明に映し出されていることがわかる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、原子炉格納容器または原子炉圧力容器において、高線量高湿度環境下で撮影した画像からノイズを除去する方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１００…原子炉建屋、１０２…原子炉格納容器、１０４…原子炉圧力容器、１０６…サプレッションプール、１０８…燃料集合体、１１０…滞留水、１１２…滞留水、１１４…孔、１１６…工業用内視鏡、１１８…ケーブル、１２０…撮像部
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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