(57)【要約】    【目的】  配管やフランジからのガス漏れの検知を、遠隔にて簡単に行える技術を提供する。    【構成】    長焦点光学系の撮影に基づいてガス漏れを検知するシステムである。  平行光または平行光に近い光に照射された被写体を長焦点光学系のカメラによって連続撮影する撮影手段と、  その撮影手段が撮影した連続画像データをオプティカルフロー処理によって複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換する演算手段と、  その演算手段が変換したベクトル表示画像データを出力表示する出力手段と、を備える。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長焦点光学系の撮影に基づいてガス漏れを検知するシステムであって、
平行光または平行光に近い光に照射された被写体を長焦点光学系のカメラによって連続撮影する撮影手段と、
その撮影手段が撮影した連続画像データをオプティカルフロー処理によって複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換する演算手段と、
その演算手段が変換したベクトル表示画像データを出力表示する出力手段と、を備えたことを特徴とするガス漏れ検知システム。
【請求項２】
前記の演算手段が変換したベクトル表示画像データを用いて、前記の被写体にガス漏れが発生しているか否かを判断する判断手段と、
その判断手段が当該被写体にガス漏れが発生していると判断した場合には、当該被写体にガス漏れが発生している旨を出力するガス漏れ出力手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガス漏れ検知システム。
【請求項３】
被写体が複数存在する場合において、  前記の撮影手段の撮影に適した光が一の被写体に照射されているか否かを確認するための撮影用光確認手段と、
長焦点光学系のカメラを当該被写体に対する撮影状態へ設置するとともに他の一の被写体に対する撮影状態への設置へ変更可能とした撮影装置設置確認手段と、を備え、
前記の撮影用光確認手段によって撮影に適した光が被写体に照射されていると判断された場合に前記の撮影手段による撮影を実行するとともに、
前記の判断手段によって前記の一の被写体に対する撮影データの分析が終了した場合には、他の被写体に対する撮影状態へ変更するように、前記の撮影装置設置確認手段を制御することとした請求項１または請求項２のいずれかに記載のガス漏れ検知システム。
【請求項４】
長焦点光学系の撮影に基づいてガス漏れを検知するシステムを制御する制御プログラムであって、
そのプログラムは、  平行光または平行光に近い光に照射された被写体を長焦点光学系のカメラによって連続撮影させる撮影手順と、
その撮影手順にて撮影した連続画像データをオプティカルフロー処理によって複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換する演算手順と、
その演算手順にて変換したベクトル表示画像データを出力表示する出力手順と、
をガス漏れ検知システムの制御装置に実行させることとしたことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項５】
前記の演算手順にて変換したベクトル表示画像データを用いて、前記の被写体にガス漏れが発生しているか否かを判断する判断手順と、
その判断手順にて当該被写体にガス漏れが発生していると判断した場合には、当該被写体にガス漏れが発生している旨を出力するガス漏れ出力手順と、
をガス漏れ検知システムの制御装置に実行させることとした請求項４に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体を運ぶ配管のつなぎ目に生じたガス漏れの箇所を発見したり、ガス漏れの有無を点検したりする装置およびコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス管のガス漏れには様々な原因がある。配管そのものが劣化するなどによって配管の裂け目などからガス漏れが生じる場合に比べてフランジ部からガス漏れが生じる場合のほうが、確率的には高い。フランジ部からのガス漏れの原因の一つとしては、配管のつなぎ目に用いられるガスケット（パッキン）の劣化や損傷などがある。
そして、ガス漏れに関係する技術としては、点検整備を確実に行うための技術、点検整備を合理化できる技術、ガス漏れが生じたらすぐに発見できるような技術などがある。
【０００３】
ガス漏れが生じたらすぐに発見できる技術として、特許文献１に開示される「ガス絶縁母線」の技術がある。この特許文献１に開示されるガス絶縁母線は、フランジ部におけるガス漏れ箇所を速やかに検出し、十分な絶縁性能を得られるように、フランジ部を覆うフランジカバーを備えるという技術である。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２３４１２５号公報
【０００５】
しかし、この技術は、フランジカバーを全てのフランジに装着しなければならないので、経済的に負担が大きい。また、フランジカバーを装着可能な配管にしか使えない技術であり、隣接する機械などとの関係で設置スペースに制限がある場合など採用できないことも多く、実現できる現場は限られている。
【０００６】
さて、ガス漏れが生じていることが分かった場合、どのフランジが原因かを特定するためには、フランジの点検を行う場合が多い。配管内を通るガスが高温であるような場合、冷却されるまで人間が近づけない現場もある。そのような現場では、図５に示すような長い棒の先端に布きれをぶら下げ、その布きれが漏れたガスによって揺れるか否かを目視する、といった方法が用いられることが多い。
【０００７】
シュリーレン法という、ガス漏れ検知を撮影によって発見する方法もある。この方法を図６に図示する。
シュリーレン撮影法は、気体や液体（もしくは透明体）の密度差を目に見える形に表す可視化して撮影する方法である。水銀灯などの光源１、その光源１からの光を受光するピンホール２、そのピンホール２に照射されて拡散された光を反射して平行光とするための第一平面鏡３，その第一平面鏡３が反射した光を平行光のまま反射させて被写体９に当てるための第一コリメータ４、その第一コリメータ４が反射させた光を撮影のために別の方向へ反射させる第二コリメータ５、その第二コリメータ５が反射させた光をカメラ方向へ反射させる第二平面鏡６、その第二平面鏡６が反射させた光の束をカットするナイフエッジ７、そのナイフエッジ７がカットした光を撮影する高速度カメラ８、をセットして実行される。
【０００８】
このシュリーレン法によれば、ガス漏れという目に見えない現象を、配管に近づくことなく撮影することができるので、ガス漏れをしているフランジを発見する方法として候補に挙がる技術である。ガス漏れは可視化できる粒子を伴わず透明であるため、粒子を撮影することを前提にしているＰＩＶ（Particle Image Velocimetry，粒子画像流速測定法）は採用できないからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したシュリーレン法は、ガス漏れをしているフランジを撮影するのであれば採用も可能であるが、フランジ部からのガス漏れを発見するための技術としては、現実的ではなかった。被写体に平行光を当てるための各種の機器（光源１〜ナイフエッジ７）をセッティングするのに時間が掛かりすぎるからである。すなわち、ガス漏れをしているフランジを撮影することが目的ではなく、ガス漏れをしているフランジがどれであるかを特定するためには、多数のフランジを撮影しなければならず、撮影が必要な数だけセッティング作業が必要となってしまうからである。
また、確率的には小さいものの、フランジ以外の部位である配管からのガス漏れをも検知しようとすれば、セッティング作業が膨大となってしまう。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、現状の設備を変更することなく、配管やフランジからのガス漏れの検知を、遠隔にて簡単に行える技術を提供することである。
ここで、請求項１から請求項３に記載の発明の目的は、配管やフランジからのガス漏れの検知を、遠隔にて簡単に行えるガス漏れ検知システムを提供することにある。
また、請求項４から請求項５に記載の発明の目的は、配管やフランジからのガス漏れの検知を、遠隔にて簡単に行えるガス漏れ検知システムの制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（請求項１）
請求項１記載の発明は、  長焦点光学系の撮影に基づいてガス漏れを検知するシステムに係る。
すなわち、  平行光または平行光に近い光に照射された被写体を長焦点光学系のカメラによって連続撮影する撮影手段と、  その撮影手段が撮影した連続画像データをオプティカルフロー処理によって複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換する演算手段と、  その演算手段が変換したベクトル表示画像データを出力表示する出力手段と、を備えたことを特徴とするガス漏れ検知システムである。
【００１２】
（用語説明）
「オプティカルフロー処理」とは、たとえば、毎秒３０フレーム程度のレートで連続する画像列に対して、各画素が次フレームにおけるどこに移動したかを判定計測する処理方法である。注目画素(a notice pixel)と、その注目画素に隣接したり近傍にある近傍画素(neighboring pixels)からなるブロック領域の設定法は、経験値などから割り出した一定のものを使用する場合と、変化に応じて変動させられる場合とがある。
「平行光または平行光に近い光」とは、太陽光に基づく自然光、光源が極めて遠くて広がりの小さな平行光に近い光、所定の工夫をすることによって作り出された平行光に近い光などである。
「被写体」とは、ガスを輸送する配管系である。各フランジのみを被写体とする場合と、フランジのみならず配管までをも被写体とする場合とがある。出力手段によって出力する部位はフランジや配管そのものでもよいし、それら実体部分の上方付近でもよい。フランジや配管そのものや，その上方付近の背景には、背後の壁面などが写ることとなる。
「長焦点光学系」とは、焦点距離１００ｍｍ以上の光学系をいう。なお、画像中央部を利用することにより、より長い焦点距離で撮影しているのと同じ効果が得られる。
【００１３】
（作用）
まず、平行光または平行光に近い光に照射された被写体を、撮影手段が長焦点光学系のカメラによって連続撮影する。そして、その撮影手段が撮影した連続画像データを、演算手段がオプティカルフロー処理によって複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換する。  その演算手段が変換したベクトル表示画像データを出力手段が出力表示する。
もし、ガス漏れが生じていれば、画像データを変換して得られたベクトル表示画像データの中に、所定以上のベクトルが表示されることとなる。出力手段を目視した監視者は、ベクトル表示画像データによってガス漏れの有無を判断できる。
【００１４】
（請求項２）
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のガス漏れ検知システムを限定したものである。
すなわち、  前記の演算手段が変換したベクトル表示画像データを用いて、前記の被写体にガス漏れが発生しているか否かを判断する判断手段と、  その判断手段が当該被写体にガス漏れが発生していると判断した場合には、当該被写体にガス漏れが発生している旨を出力するガス漏れ出力手段と、を備えたことを特徴とする。
換言すれば、ガス漏れの有無の判断およびその判断結果の出力を自動化したものである。
【００１５】
（用語説明）
「判断手段」は、過去のガス漏れ時におけるベクトル表示画像データを用いての比較判断の場合や、ベクトル表示画像データにおけるベクトルの連続性または反復性や、ベクトルの長さなどに関する所定の基準値を上回ったか否かでの判断などのアルゴリズムに基づく判断を実行する。
「ガス漏れ出力手段」とは、ディスプレイ画面、スピーカなど、あるいはそれらの組み合わせがある。ディスプレイ画面に対しては視覚的出力信号を、スピーカに対しては警告音の出力信号などを、前記の判断手段が出力することとなる。
【００１６】
（作用）
前記の演算手段が変換したベクトル表示画像データを用いて、前記の被写体にガス漏れが発生しているか否かを判断手段が判断する。その判断手段が当該被写体にガス漏れが発生していると判断した場合には、当該被写体にガス漏れが発生している旨をガス漏れ出力手段が出力する。これによって、ガス漏れが発生している場合には、ガス漏れ出力手段に対して自動的に所定の出力がなされることとなる。
【００１７】
（請求項３）
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のガス漏れ検知システムを限定したものである。
すなわち、  被写体が複数存在する場合において、前記の撮影手段の撮影に適した光が一の被写体に照射されているか否かを確認するための撮影用光確認手段と、  長焦点光学系のカメラを当該被写体に対する撮影状態へ設置するとともに他の一の被写体に対する撮影状態への設置へ変更可能とした撮影装置設置確認手段と、を備え、  前記の撮影用光確認手段によって撮影に適した光が被写体に照射されていると判断された場合に前記の撮影手段による撮影を実行するとともに、  前記の判断手段によって前記の一の被写体に対する撮影データの分析が終了した場合には、他の被写体に対する撮影状態へ変更するように、前記の撮影装置設置確認手段を制御することとしたものである。
【００１８】
（用語説明）
「被写体が複数存在する場合」とは、たとえば、ガス配管に備えられたフランジを被写体とする場合、そのフランジが複数ある場合に、一回の撮影にてフレームに収まらないのであれば複数の撮影が必要となる。その場合、被写体が複数存在することとなる。
「撮影装置設置確認手段」とは、カメラを各被写体の撮影に適した設置角度に変更するための装置等である。
【００１９】
（作用）
撮影手段の撮影に適した光が一の被写体に照射されているか否かを、撮影用光確認手段が確認する。前記の撮影用光確認手段によって撮影に適した光が被写体に照射されていると判断された場合に前記の撮影手段による撮影を実行する。撮影装置設置確認手段は、長焦点光学系のカメラを当該被写体に対する撮影状態へ設置する。また、当該被写体の撮影が完了したら、他の一の被写体に対する撮影状態への設置へ変更する。
これによって、一の被写体の撮影データに関する分析が終了すれば、他の被写体への撮影を連続して行うことができる。それにより、ガス漏れが生じている部位の発見を自動化して早めることができる。また、複数箇所のガス漏れであっても、特定することができる。
【００２０】
（請求項４）
請求項４記載の発明は、  長焦点光学系の撮影に基づいてガス漏れを検知するシステムを制御する制御プログラムに係る。
そのプログラムは、平行光または平行光に近い光に照射された被写体を長焦点光学系のカメラによって連続撮影させる撮影手順と、  その撮影手順にて撮影した連続画像データをオプティカルフロー処理によって複数の画像データにおける粒子の動きをベクトル表示したベクトル表示画像データに変換する演算手順と、  その演算手順にて変換したベクトル表示画像データを出力表示する出力手順と、をガス漏れ検知システムの制御装置に実行させることとしたコンピュータプログラムである。
【００２１】
（請求項５）
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のコンピュータプログラムを限定したものである。
すなわち、    前記の演算手順にて変換したベクトル表示画像データを用いて、前記の被写体にガス漏れが発生しているか否かを判断する判断手順と、  その判断手順にて当該被写体にガス漏れが発生していると判断した場合には、当該被写体にガス漏れが発生している旨を出力するガス漏れ出力手順と、をガス漏れ検知システムの制御装置に実行させることとしたことを特徴とする。
【００２２】
請求項４または請求項５に係るコンピュータプログラムを、チップ化してガス漏れ検知システムの制御装置とすることもできる。
また、記録媒体へ記憶させて提供することもできる。ここで、「記録媒体」とは、それ自身では空間を占有し得ないプログラムを担持することができる媒体であり、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＤＶＤ−Ｒなどである。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１から請求項３に記載の発明によれば、配管やフランジからのガス漏れの検知を、遠隔にて簡単に行えるガス漏れ検知システムを提供することができた。
また、請求項４から請求項５に記載の発明によれば、配管やフランジからのガス漏れの検知を、遠隔にて簡単に行えるガス漏れ検知システムの制御プログラムを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本願発明の実施の形態について、図面を参照させながら説明する。
ここで使用する図面は、図１から図４である。図１は第一の実施形態を示す概念図であり、図２がハードウェア構成図である。図３はフローチャートであり、図４は、本実施形態に用いる平行光の実現手段の一例を示す。
【００２５】
（図１）
図１に示す第一の実施形態は、高温の流体を運ぶ配管およびそのつなぎ目である複数のフランジ（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・Ｆｎ）を示すとともに、そのフランジのいずれか（この図においてはＦ２）においてガス漏れ（たとえば高温の水蒸気）が発生した状態を示している。
このガス漏れ検知システムは、長焦点光学系のＣＣＤカメラと、その長焦点光学系のＣＣＤカメラを一の被写体に対する撮影状態へ設置する撮影装置設置確認手段と、撮影した画像を処理する演算処理装置とを備える。
また、図示は省略するが、撮影に適した光が被写体に照射されているか否かを確認するための撮影用光確認手段を備えている。「撮影に適した光」とは、太陽光に基づく自然光、光源が極めて遠くて広がりの小さな平行光に近い光、図４に示すような装置に基づいて作り出された平行光に近い光などである。
【００２６】
（図２）
図２は、前述した演算処理装置を中心として、ハードウェア構成を図示したものである。ＣＣＤカメラでは、毎秒約３０フレームにて連続撮影する。その画像データは、ガス漏れ検知システムにおける制御端末に送信される。当該制御端末の受信手段は、その画像データを受信し、演算手段によってオプティカルフロー処理を実行する。
ここで、オプティカルフロー処理は，連続する画像列に対して、各画素が次フレームにおけるどこに移動したかを判定計測する処理方法である。注目画素(a notice pixel)と、その注目画素に隣接したり近傍にある近傍画素(neighboring pixels)からなるブロック領域の設定法は、経験値などから割り出した一定のものを使用する場合と、変化に応じて変動させられる場合とがある。
なお、被写体はフランジとその周囲であり、ガス漏れによって動きのある画素は、そのフランジの境界線付近となる。オプティカルフロー処理は、物体の境界領域での誤差が大きくなりがちである。ただし、本実施形態では、ガス漏れの量的測定を目的としているのではなく、ガス漏れの有無や程度が判断できればよいので、境界領域での正確な測定のための設備やアルゴリズムの厳密性は求められない。
【００２７】
演算手段による演算結果は、ベクトル表示画像データとなる。その画像データは、制御端末のモニタに出力する。制御端末の操作者としては、ベクトル表示画像データが出力されれば、ガス漏れの有無が目視できる。
【００２８】
上記の出力手段では、ガス漏れの有無は制御端末の操作者が判断するが、ガス漏れの有無の判断を自動化するためには、以下のようなアルゴリズムを採用する。
すなわち、オプティカルフロー処理において、過去のベクトル表示画像データを用い、その比較によってガス漏れの有無を自動判別するのである。過去のベクトル表示画像データは、ベクトル表示画像データベースに格納されており、前記の演算手段が演算した結果（ベクトル表示画像データ）と比較するのが判断手段である。
【００２９】
ガス漏れ判断の結果については、制御端末のモニタに出力する。制御端末のスピーカに対して、警告音を出力させるようにしても良い。
また、ベクトル表示画像データの出力やガス漏れ判断の結果（ガス漏れ判断結果データ）の出力が終了したら、撮影装置設置確認手段を制御する命令信号を出力する。すなわち、撮影してガス漏れの判断をすべき次のフランジが撮影できるように、設置位置を変更するのである。これを繰り返し、どのフランジからガス漏れが発生しているかを特定する。
作業者がフランジに近づかなくても、どのフランジからガス漏れが発生しているかを特定することができる。
【００３０】
（図３）
図３を用いて、ガス漏れ検知システムの制御手順を説明する。この実施形態においては、フランジ付近をガス漏れ検知するためのシステムであり、フランジ以外の配管部分は検知対象としていない。
まず、撮影用の光が撮影に適しているか否かを確認する。自然光を取り込んでいる配管設備であり、その自然光が撮影に十分な光量を持っていれば適している。また、自然光ではなくても、光源から被写体が離れていれば（たとえば高い位置に天井照明がある場合など）、その光は平行に近くなるので、その場合でも撮影が可能である。
【００３１】
続いて、長焦点光学系のＣＣＤカメラが一の被写体に対する撮影状態へ設置されているかどうかを確認する。具体的には、被写体であるフランジが、撮影装置のファインダ中央付近の適正位置にあるかどうかを確認する。適正位置にない場合には、モータなどによって位置調整を行う。
被写体であるフランジが水平方向にある間隔にて配置されている場合、撮影装置設置確認手段は、長焦点光学系のＣＣＤカメラをある高さに設置するとともにフランジの位置を捉えられる角度を予め記憶し、モータなどの駆動系を制御するようにしている。
【００３２】
撮影装置の設置確認ができたら、フランジ近傍の撮影を実行する。そして、その撮影データを前述したオプティカルフロー処理によって可視化、解析し、ガス漏れの有無を判断する。
撮影データにガス漏れがあると判断された場合には、その時の撮影対象であったフランジからのガス漏れである旨を、必要な機器に対して出力する。具体的には、ガス漏れが確認された事実に関するデータの記録装置への出力、ガス漏れの警告手段への出力などである。
なお、他のフランジからのガス漏れも併せて確認するため、前記の出力が終了したら、次のフランジの撮影のため、撮影装置設置確認手段が駆動して撮影準備を行う。撮影対象となっているフランジがなくなるまで、撮影を繰り返す。以上によって、ガス漏れを可視化して検知するまでを自動化することとなる。なお，ガス漏れの有無は，観測者が撮影画像を確認することにより行ってもよい。
配管が高温である場合など、現場に近づけないような場合でもガス漏れ位置を特定することができる。
【００３３】
図３にて説明したフローチャートは、撮影データにガス漏れが生じていると判断した場合にその旨を記録するとしているが、被写体を連続的に撮影し、多数の撮影データをまとめて判断手段が判断することとしてもよい。
【００３４】
（図４）
図４には、長焦点光学系の先端周囲にリング照明を備えるとともに、その上に円筒形のフードを巻いた装置を示している。
リング照明とは、ドーナツ状の筐体に多数のＬＥＤを設置したものであり（図では部分的にＬＥＤを図示している）、円筒形のフードとは、プラスチック製のものである。
この装置を採用することによって、光の指向性を高めることができ、平行光に近い光によって撮影が可能となる。
【００３５】
（比較例）
オプティカルフロー処理の代わりに、シャドウグラフ法によるガス漏れ検知を行った場合を検証する。
「シャドウグラフ法」とは、光の屈折を利用して、流れ場における気体密度の一次変化率および二次変化率に比例した光の明るさをフィルムスクリーン上に撮影することで気体を可視化する方法であり、ナイフエッジを用いずに全ての光を観測できる。ガスが吹き出していると部分的に疎密が生じて平行光が乱され、それを画像データに取り込むことができる。具体的には、画像中に「もやもや」とした部位があれば、ガス漏れのおそれのある部位となる。
シャドウグラフ法では、撮影画像を分析しやすくするため、観測者が目で確認しながらコントラストを強調する処理を伴うことが一般的である。具体的には、バックグランドからの輝度の引き算、空間微分による強調、階調のコントラスト調整、あるいはそれらの組み合わせなどである。
【００３６】
オプティカルフロー処理の場合、時間的，空間的な微分方程式を解く処理をすることになるので、コントラストの強調処理を自動的に行っているのと同じ効果が得られる。また、速度ベクトルとしての表示であるため、ガス漏れの量的な把握も視覚的に行えるが、シャドウグラフ法では量的な把握は困難である。以上のことから、シャドウグラフ法と比較した場合、連続撮影が可能なハードウェアや環境であれば、オプティカルフロー処理のほうがより簡便にガス漏れ検知を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本願発明は、配管設備の製造業および配管設備の保守メンテナンス業、配管のガス漏れ検知システムのためのソフトウェア開発業などにおいて、利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第一の実施形態を示す概念図である。
【図２】第一の実施形態を示すハードウェア構成図である。
【図３】第一の実施形態による制御フローチャートである。
【図４】平行光を実現するための装置を示す図である。[Ａ]は断面図、[Ｂ]は斜視図である。
【図５】従来のガス漏れ検知の概念図である。
【図６】シュリーレン法による撮影原理を示すイメージ図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆｎ  フランジ
１  光源                          ２  ピンホール
３  第一平面鏡                    ４  第一コリメータ
５  第二コリメータ                ６  第二平面鏡
７  ナイフエッジ                  ８  高速度カメラ
９  被写体
【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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