(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光のスクリーンを形成するレーザスクリーン形成部と、
当該レーザスクリーンを撮影する撮影部と、
該撮影部からの動画像データをディジタル画像に変換するデータ変換部と、
前記ディジタル画像に基づき速度ベクトルを演算する速度ベクトル演算部と、
前記速度ベクトルによる速度ベクトル画像を表示してリーク発生の有無及びリークが発生している場合にはその度合の情報表示を行う表示部とを有することを特徴とするリーク検出装置。
【請求項２】
前記速度ベクトル演算部が速度ベクトルを演算する際に、ディジタル画像の所定領域に注目し、この領域が単位時間後にどのように変化したかを粒子相関法により求めて演算することを特徴とする請求項１記載のリーク検出装置。
【請求項３】
前記速度ベクトル演算部が速度ベクトルを演算する際に、ディジタル画像の時間微分値と空間微分値とを演算し、これらの値から速度ベクトルを演算することを特徴とする請求項１記載のリーク検出装置。
【請求項４】
前記速度ベクトル画像を小領域に区画し、当該小領域における前記速度ベクトルの集中度合を示す表面積分値を演算する表面積分演算部を備えて、前記表示部で当該表面積分値に対応して色づけした画像を表示するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の記載のリーク検出装置。
【請求項５】
前記速度ベクトルを９０度回転させた回転ベクトルを出力する回転ベクトル演算部を備え、前記表面積分演算部が当該速度ベクトル及び回転ベクトルについて表面積分値を演算するようにしたことを特徴とする請求項４記載のリーク検出装置。
【請求項６】
前記表面積分値が所定値より大きな正値の場合にはインリークが発生し、所定値より大きな負値の場合にはアウトリークが発生し、それ以外の場合にはリークが発生していないと判断するリーク判定部を設けたことを特徴とする請求項４又は５記載のリーク検出装置。
【請求項７】
前記リーク判定部が、リークが発生していると判断した前記小領域の表面積分値と速度ベクトルの大きさ及び角度に基づきリーク量を推定することを特徴とする請求項６記載のリーク検出装置。
【請求項８】
前記前記小領域の表面積分値、速度ベクトルの大きさ及び角度のそれぞれの分散値を演算する分散値演算部を備え、前記前記リーク判定部が、前記表面積分値、速度ベクトルの大きさ、角度及び分散値に基づきリーク量を推定することを特徴とする請求項６又は７記載のリーク検出装置。
【請求項９】
前記撮影部で前記レーザスクリーンを撮影する際に、当該レーザスクリーンを通過する気流の視認性を高めるべく、当該レーザスクリーンを覆うようにトレイサーを散布することを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項記載のリーク検出装置。
【請求項１０】
前記レーザスクリーンの形成に用いられるレーザ光が、パルス発振によるパルスレーザ光であって、当該パルスレーザの発光に同期して前記撮影部が撮影を行うことを特徴とする請求項１乃至９いずれか１項記載のリーク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管やタンク等を多数有するプラントや装置におけるリークの発生場所の検出及びリーク量の推定が行えるようにしたリーク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラントや化学プラント等の種々のプラントや種々の製造装置等においては、多数の配管やタンクが設けられている。このような系においてガス等が漏出したり（アウトリーク）、外気が配管等に流入したり（インリーク）すると安全性上からも好ましくないので、リーク発生場所の検出及びそのリーク量を的確に把握することが必要になる。
【０００３】
そこで、従来はリーク発生場所の検出方法として、後述するような音響法、撮影法、トレース法等の方法が採用されている。
【０００４】
音響法は、リーク気体の流動によりリーク発生場所で音響が発生することを利用する方法で、この音響の強さ及びその分布を検出して、リーク発生場所やリーク量を推定する。
【０００５】
撮影法は、ＣＣＤカメラ等によりリーク場所及びその状況を撮影して、その撮影画像を検討することによりリークの発生の有無やリーク量を判断する方法であり、トレース法は、煙等をスモークチェッカーとして用いてその流れをトレースすることによりリークの有無を検出する方法である。
【０００６】
一方、リーク量の推定は音響法のみでしか行えないのが現状で、リークに伴い発生する音響の強さとリーク量との相関関係を利用して、当該音響の強さからリーク量を推定する方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したリーク発生場所の検出方法やリーク量の推定方法では以下のような問題があり、特に微少なリークやリーク流体が透明（直接視認することができない）な場合にはこれらの検出及び推定が行うことが困難である問題があった。
【０００８】
即ち、音響法では、リーク気体の流動に伴う音響を検出するが、例えばインリークのような微小なリークではこの音響が弱く、リーク発生場所の検出を高精度で行うことが困難である。
【０００９】
また、撮影法では、リーク気体が蒸気のように可視できる場合には撮影できるが、空気のように可視できないリーク気体に対しては利用することができない。
【００１０】
さらに、トレース法では、トレーサが拡散するに従いその濃度が低くなるため、次第にトレースすることが困難になると共に、目視によりトレースする場合が多いので十分なリーク検出能力を得ることが難しい問題がある。
【００１１】
一方、音響法によるリーク量推定では、少なくともリーク発生場所が同定できるような音響が発生していることが前提となるので、かかる音響が検出ができない場合にはリーク量の推定もできない。
【００１２】
そこで、本発明は、微少なリークであっても、またリーク気体が透明気体であってもリーク発生場所の検出及びリーク量推定が高精度で行えるようにしたリーク検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、レーザ光のスクリーンを形成するレーザスクリーン形成部と、当該レーザスクリーンを撮影する撮影部と、該撮影部からの動画像データをディジタル画像に変換するデータ変換部と、ディジタル画像に基づき速度ベクトルを演算する速度ベクトル演算部と、速度ベクトルによる速度ベクトル画像を表示してリーク発生の有無及びリークが発生している場合にはその度合の情報表示を行う表示部とを有して、微少なリークであっても、またリーク気体が透明気体であってもリーク発生場所の検出及びリーク量推定が高精度で行えるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２にかかる発明は、速度ベクトル演算部が速度ベクトルを演算する際に、ディジタル画像の所定領域に注目し、この領域が単位時間後にどのように変化したかを粒子相関法により求めて演算することを特徴とする。
【００１５】
請求項３にかかる発明は、速度ベクトル演算部が速度ベクトルを演算する際に、ディジタル画像の時間微分値と空間微分値とを演算し、これらの値から速度ベクトルを演算することを特徴とする。
【００１６】
請求項４にかかる発明は、速度ベクトル画像を小領域に区画し、当該小領域における速度ベクトルの集中度合を示す表面積分値を演算する表面積分演算部を備えて、表示部で当該表面積分値に対応して色づけした画像を表示するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５にかかる発明は、速度ベクトルを９０度回転させた回転ベクトルを出力する回転ベクトル演算部を備え、表面積分演算部が当該速度ベクトル及び回転ベクトルについて表面積分値を演算するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６にかかる発明は、表面積分値が所定値より大きな正値の場合にはインリークが発生し、所定値より大きな負値の場合にはアウトリークが発生し、それ以外の場合にはリークが発生していないと判断するリーク判定部を設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７にかかる発明は、リーク判定部が、リークが発生していると判断した小領域の表面積分値と速度ベクトルの大きさ及び角度に基づきリーク量を推定することを特徴とする。
【００２０】
請求項８にかかる発明は、小領域の表面積分値、速度ベクトルの大きさ及び角度のそれぞれの分散値を演算する分散値演算部を備え、リーク判定部が、表面積分値、速度ベクトルの大きさ、角度及び分散値に基づきリーク量を推定することを特徴とする。
【００２１】
請求項９にかかる発明は、撮影部でレーザスクリーンを撮影する際に、当該レーザスクリーンを通過する気流の視認性を高めるべく、当該レーザスクリーンを覆うようにトレイサーを散布することを特徴とする。
【００２２】
請求項１０にかかる発明は、レーザスクリーンの形成に用いられるレーザ光が、パルス発振によるパルスレーザ光であって、当該パルスレーザの発光に同期して撮影部が撮影を行うことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本実施の形態にかかるリーク検出装置１０の概略構成及び使用方法を示す図である。
【００２４】
当該リーク検出装置１０は、レーザ光のスクリーンを形成するレーザスクリーン形成部２０、当該レーザスクリーンを撮影するＣＣＤカメラ等により構成された撮影部３０、該撮影部３０からの撮影画像に基づきリークの発生やリーク量を判断して表示するリーク判定器４０等を有している。
【００２５】
レーザスクリーン形成部２０は、レーザ光を発光するレーザ光源２１、該レーザ光源２１からのレーザ光をシート状に拡張してスクリーン化するシリンドリカルレンズ２３、レーザ光源２１からのレーザ光をシリンドリカルレンズ２３に導く光ファイバ２２により構成されて、リークの有無を検出する場所にレーザスクリーンが形成されるように設置される。
【００２６】
なお、レーザ光は、そのままでは視認することができないが、回りに埃等が浮遊していると、これにレーザ光が散乱されるために視認することができるようになる。
【００２７】
このことは、レーザスクリーンが視認できるようになると、その場所には何らかの理由で気流の乱れが生じていることを意味しているので、かかる埃をトレーサとして注目することにより気流の流れ、即ちリーク発生の有無やリーク量を判断することが可能になる。
【００２８】
無論、レーザ光の強さが弱かったり、埃等の散乱物が少ない場合には、気流の動きを明確に撮影することができないので、このような場合には煙や蒸気、ドライアイス等により微細粒子を発生させて、これをトレーサーとして用いるようにしてもよい。
【００２９】
また、レーザ光源２１として連続発振してレーザ光を射出するものでもよいが、パルス発振によるパルスレーザ光を発振するものであってもよい。パルスレーザを用いると、より強いレーザ光を射出することができるために、微細なトレーサーの挙動をより明確に捕らえることが可能になる。
【００３０】
図２は、このようにして得られた撮影部３０による動画像から、リークの発生やリーク量を判断して表示するリーク判定器４０の処理手順を模式的に示した図であり、図３は当該リーク判定器４０の概略構成を示すブロック図である。
【００３１】
撮影した領域でリークが発生しているか否かを判断するには、図２（ａ）に示す動画像の時空間微分又は粒子相関により図２（ｂ）に示すような速度ベクトルを算出する。この速度ベクトルに関する詳細な理論は、例えば三池秀敏他、パソコンによる動画像処理、森北出版株式会社、１９９３年発行に記載されている。
【００３２】
このような速度ベクトルを用いると、インリークがある所では当該速度ベクトルは渦状に集中するようになり、またアウトリークがある所では当該速度ベクトルは外向きに発散するようになる。図４は、このようにして求めた撮影画像（図４（ａ））に対する速度ベクトル（図４（ｂ））及び後述する回転ベクトル（図４（ｃ））を示した図である。
【００３３】
そこで、速度ベクトルの集中や発散の度合を自動的に判断可能にするために表面積分値を求める。この表面積分値は、速度ベクトルが集中するインリークの場所では大きな負値となり、速度ベクトルが発散するアウトリークの場所では大きな正値となる。
【００３４】
表面積分値は、図２（ｂ）に示すように速度ベクトル画像に小領域Ｐ（実線で囲まれた領域）を設定し、その境界の法線方向に対する速度ベクトルの射影（法線ベクトルと速度ベクトルとの内積）をこの境界に沿って加算（積分）することにより求められる。
【００３５】
これにより表面積分値から、その領域でのリーク発生の有無が判断できると共に、リークが発生している場合にはインリークであるかアウトリークであるかの判断が可能になる。
【００３６】
図２（ｃ）は、小領域Ｐごとの表面積分値の大きさを色変換して画像表示した図で、これによりリークの発生状況が可視化して表示されるようになっている。なお、同図においては、色分けする代りにハッチングして示している。
【００３７】
図３に示すように、このような原理に基づき構成されたリーク判定器４０は、撮影部３０からの動画像データをディジタル化するデータ変換部４１、ディジタル画像に基づき速度ベクトルを演算する速度ベクトル演算部４２、速度ベクトル画像を小領域Ｐに区画し、当該小領域Ｐにおける速度ベクトルの集中度合を示す表面積分値を演算する表面積分演算部４３、小領域Ｐの表面積分値やその境界に沿った速度ベクトルやの均一性を示す分散値を演算する分散値演算部４４、表面積分演算部４３や分散値演算部４４からの信号に基づきリークが発生しているか否かを判断し、また発生している場合にはそのリーク量を推定するリーク判定部４５、速度ベクトルによる速度ベクトル画像を表示してリーク発生の有無及びリークが発生している場合にはその度合の情報表示を行う表示部４６等を有し、データ変換部４１にはディジタル画像に変換されたデータを記憶する記憶部４７が接続されている。
【００３８】
このような構成で、撮影部３０から得られた動画像は、データ変換部４１でデジタル化され、記憶部４７に記憶される。なお、このように記憶部４７に記憶するようにしたのは、そのデータの保存して後日の解析に利用することができるようにするるためである。
【００３９】
そして、時間的に前後するディジタル画像データを用いて、速度ベクトル演算部４２で時空間微分又は粒子相関に基づき速度ベクトルを求める。
【００４０】
時間微分による方法では注目位置の近傍の情報しか用いないため、演算時間が短くなる利点があり、また粒子相関による方法では特定位置のトレーサーが単位時間後にどこまで移動したかを直接計測できるため、演算時間がかかるが精度よく速度ベクトルを求めることができる利点がある。
【００４１】
このようにして求められた速度ベクトルの画像（速度ベクトル画像）を表面積分演算部４３で小領域Ｐに分割し、各小領域Ｐの境界に沿って法線ベクトルと速度ベクトルとの内積を求め加算（積分）することにより表面積分値を算出する。
【００４２】
即ち、表面積分値Ｓは、小領域Ｐにおける境界線上の点ｉの法線ベクトルをｎi、速度ベクトルをＶiとしたとき、式１に従いこれらの内積を境界に沿って加算することにより求まる。
【００４３】
【数１】
0004322439.tif 000002
【００４４】
先に述べたように表面積分値は、その値からリーク発生の有無が判断できると共に、リークが発生している場合にはインリークであるかアウトリークであるかの判断が可能であるが、単に数値を表示したりしても分りに難いので、本発明では表面積分値の大きさに対応させて色表示して表示部４６に表示させるようにしている（図２（ｃ）参照）。
【００４５】
無論、図４（ｂ）に示すように、速度ベクトル画像において速度ベクトルが集中する場所はインリークを示し、速度ベクトルが発散する場所ではアウトリークを示すので、利用形態に応じてどのような表示方法で表示部４６に表示させるかを選択できるようにしてもよい。
【００４６】
また、式１の右辺における法線ベクトルｎiと速度ベクトルＶiの内積（ｎi・Ｖi）やこれらのベクトルのなす角度Ｃiの分散値（σ（｜Ｖi｜）、σ（Ｃi））を求めることにより、表面積分値や速度ベクトルの均一性を評価して、リークの有無の判別に利用することが可能になり、リークの判断精度を向上させることができる。
【００４７】
この法線ベクトルｎiと速度ベクトルＶiとのなす角度Ｃiは、
Ｃi＝ｃｏｓ（θ）＝（ｎi・Ｖi）／｜Ｖi｜      …（式２）
により求めることができる。
【００４８】
さて、このようにしてリーク発生の有無が判断できるようになるが、そのリーク量の推定は以下のようにして行う。
【００４９】
即ち、分散値（σ（｜Ｖi｜）、σ（Ｃi））とリーク量との間には相関があることが知られているので、予めこれらの相関を実験的に求めて、式３のように経験式化しておく。
リーク量＝ｆ（Ｓ、σ（｜Ｖi｜）、σ（Ｃi））      …（式３）
【００５０】
そして、これまで述べた手順に従い分散値（σ（｜Ｖi｜）、σ（Ｃi））を検出し、式３からリーク量を算出して推定し、その結果を表示部４６に表示する。
【００５１】
以上説明したように、リークの発生の有無及びリーク量が高精度に検出でき、また推定できるようになる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、第１の実施の形態と同一構成に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【００５３】
図５は、本実施の形態に係るリーク判定器４０の概略構成を示すブロック図で、図３に示す構成に対して回転ベクトル演算部４８が設けられている点を特徴としている。
【００５４】
この回転ベクトル演算部４８は、速度ベクトル演算部４２からの速度ベクトルを９０度回転させた回転ベクトルを演算するもので、図４（ｃ）はこのようにして求めた回転ベクトルを示した図である。
【００５５】
リークの発生場所は、速度ベクトルが集中する場所となるため、速度ベクトル画像だけからも識別できるが、回転ベクトル画像に変換することで速度ベクトルの集中度合が渦巻度合として表現できるため非常に分り易くなる特徴がある。
【００５６】
そして、この回転ベクトルに対して、これまで述べた手順に従い小領域Ｐごとの表面積分値を演算することで、速度ベクトルから求めたリークの発生場所やリーク量の検出精度を補完又は相まって向上させることが可能になる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、レーザスクリーン形成部で形成したレーザスクリーンを撮影し、そのディジタル画像データから速度ベクトルを演算して求めるようにしたので、微少なリークであっても、またリーク気体が透明気体であってもリーク発生場所の検出及びリーク量推定が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用される概略構成図である。
【図２】リークの判定手順を模式的に示した図である。
【図３】第１の実施の形態にかかるリーク判定器のブロック図である。
【図４】撮影画像、速度ベクトル画像等を示す図である。
【図５】第２の実施の形態にかかるリーク判定器のブロック図である。
【符号の説明】
１０  リーク検出装置
２０  レーザスクリーン形成部
３０  撮影部
４０  リーク判定器
４１  データ変換部
４２  速度ベクトル演算部
４３  表面積分演算部
４４  分散値演算部
４５  リーク判定部
４６  表示部
４８  回転ベクトル演算部
【図１】
0004322439.tif 000003
【図２】
0004322439.tif 000004
【図３】
0004322439.tif 000005
【図４】
0004322439.tif 000006
【図５】
0004322439.tif 000007